RU2707347C1 - Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel - Google Patents

Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel Download PDF

Info

Publication number
RU2707347C1
RU2707347C1 RU2019104520A RU2019104520A RU2707347C1 RU 2707347 C1 RU2707347 C1 RU 2707347C1 RU 2019104520 A RU2019104520 A RU 2019104520A RU 2019104520 A RU2019104520 A RU 2019104520A RU 2707347 C1 RU2707347 C1 RU 2707347C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
section
economizer
generating channel
steam
sectional area
Prior art date
Application number
RU2019104520A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Шишков
Original Assignee
Владимир Александрович Шишков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Александрович Шишков filed Critical Владимир Александрович Шишков
Priority to RU2019104520A priority Critical patent/RU2707347C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707347C1 publication Critical patent/RU2707347C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/06Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to the power machine building and cryogenic systems, and can be used in steam generating systems and devices. In the device containing throttle washers, installed at the inlet and outlet, with three characteristic sections of economizing, transient and heating gas, said tasks are solved by the fact that the economizing section has a cross-sectional area increasing along the length from the inlet to the outlet by the value of the corresponding cross-sectional area of the vapor phase in the boundary layer, as well as by the fact that at the economizing section the cross-section area increases from the inlet to the outlet by the value of the corresponding cross-sectional area of the boundary layer, multiplied by the coefficient N, where 0.05≤N≤1 for liquid media with a boiling point equal to or higher than 353 K, and 1≤N≤4 for liquid media with boiling point lower than 353 K.
EFFECT: tasks of the invention are to increase in the heat carrier operation efficiency and flow stability in the steam generating channels.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к парогенерирующим устройствам и может быть использовано в энергетическом машиностроении и криогенных системах.The invention relates to steam generating devices and can be used in power engineering and cryogenic systems.

Известен способ и устройство для повышения устойчивости системы, заключающийся в выборе места расположения гидравлического сопротивления по длине трубопровода парогененирующего канала (см. параграф 16.10 в книге: Теплопередача в двухфазном потоке. Под ред. Д. Баттервороса и Г. Хьюитта: пер. с англ. - М: Энергия, 1980. - 328 с).There is a method and device for increasing the stability of the system, which consists in choosing the location of the hydraulic resistance along the length of the pipeline of the steam-generating channel (see paragraph 16.10 in the book: Heat Transfer in a Two-Phase Flow. Edited by D. Buttervoros and G. Hewitt: Translated from English. - M: Energy, 1980 .-- 328 s).

Недостаток способа и устройства в том, что он трудоемок для осуществления, т.к. необходимо провести значительное количество экспериментальных работ по определению места постановки гидравлического сопротивления для обеспечения устойчивости системы, а также в том, что не всегда можно добиться устойчивости течения теплоносителя без дополнительных мероприятий, например, дополнительного увеличения гидравлического сопротивления на входе в парогенерирующий канал.The disadvantage of this method and device is that it is laborious to implement, because it is necessary to conduct a significant amount of experimental work to determine the location of the hydraulic resistance to ensure the stability of the system, as well as the fact that it is not always possible to achieve stability of the coolant flow without additional measures, for example, an additional increase in hydraulic resistance at the entrance to the steam generating channel.

Известен способ и устройство для повышения устойчивости системы заключающийся в локализации процесса испарения жидкого продукта между двумя гидравлическими сопротивлениями (см. стр. 39, рис. 1.1., Устойчивость кипящих аппаратов. И.И. Морозов, В.А. Герлига. Атомиздат. 1969. - 280 с).A known method and device for increasing the stability of the system is to localize the process of evaporation of a liquid product between two hydraulic resistances (see page 39, Fig. 1.1., The stability of boiling apparatus. II Morozov, VA Gerliga. Atomizdat. 1969 . - 280 s).

Недостаток способа и устройства в том, что не всегда возможно обеспечение устойчивости системы без значительного увеличения гидравлического сопротивления на входе и выходе парогенерирующего канала, что требует дополнительной мощности на прокачку рабочего продукта через этот канал. Кроме этого каналы по длине имеют постоянное сечение, что не позволяет поддерживать эффективную теплопередачу через стенку постоянной площади.The disadvantage of this method and device is that it is not always possible to ensure the stability of the system without a significant increase in hydraulic resistance at the inlet and outlet of the steam-generating channel, which requires additional power to pump the working product through this channel. In addition, the channels along the length have a constant cross-section, which does not allow to maintain effective heat transfer through the wall of a constant area.

Известен способ (авторское свидетельство SU 1740956, от 9.01.1989) теплогидравлической стабилизации парогенерирующего канала, содержащего входной однофазный и двухфазные участки, путем дросселирования потока на входном однофазном участке, одновременно с дросселированием потока на входном участке осуществляют его закрутку путем размещения на входе канала многозаходного шнека с безударным входом и переменным шагом закрутки.A known method (copyright certificate SU 1740956, dated 01/01/1989) of thermo-hydraulic stabilization of a steam-generating channel containing an input single-phase and two-phase sections, by throttling the flow at the input single-phase section, simultaneously with the throttling of the stream at the inlet section, it is twisted by placing a multi-auger screw at the channel inlet with unstressed input and variable spin pitch.

Недостаток способа в том, что закрутка потока снижается за многозаходным шнеком по длине экономайзерного участка и практически отсутствует на переходном участке парогенерирующего канала, что снижает теплопередачу от внешнего теплоносителя к рабочему продукту, при этом не исключается возникновение стержневого режима течения.The disadvantage of this method is that the swirl of the flow decreases behind the multi-feed screw along the length of the economizer section and is practically absent in the transition section of the steam-generating channel, which reduces heat transfer from the external coolant to the working product, while the occurrence of a rod flow regime is not excluded.

Известно устройство повышения устойчивости течения и эффективности работы парогенерирующего канала (патент RU №2666834, от 12.07.2017), содержащего дроссельные шайбы, установленные на входе и выходе, с тремя характерными участками экономайзерным, переходным и подогревательным газовым, при этом экономайзерный участок имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся по длине от входа к выходу, обратно пропорционально изменению средней плотности жидкой фазы рабочего продукта, а также тем, что переходный участок выполнен с переменной площадью поперечного сечения, увеличивающуюся по длине от входа к выходу как минимум в два раза от площади поперечного сечения на выходе экономайзерного участка, а также тем, что подогревательный газовый участок имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся по длине от входа к выходу, обратно пропорционально изменению средней плотности газовой фазы рабочего продукта и тем, что парогенерирующий канал или его часть выполнены в виде сильфона, причем, при продольном внешнем обтекании канала горячим теплоносителем сильфон имеет форму продольных гофр, а при поперечном обтекании в виде поперечных гофр.A device for increasing the stability of the flow and the efficiency of the steam generating channel (patent RU No. 2666834, dated 12.07.2017) containing throttle washers installed at the inlet and outlet with three characteristic sections of the economizer, transition and heating gas, while the economizer section has a transverse area cross sections that increase in length from inlet to outlet are inversely proportional to the change in the average density of the liquid phase of the working product, as well as the fact that the transition section is made with a variable area cross section, increasing in length from entrance to exit at least twice the cross-sectional area at the exit of the economizer section, and also because the heating gas section has a cross-sectional area increasing in length from the entrance to the output, is inversely proportional to the change in average density the gas phase of the working product and the fact that the steam-generating channel or part of it is made in the form of a bellows, moreover, with longitudinal external flow around the channel with hot coolant, the bellows has the shape of corrugation, and with transverse flow around in the form of transverse corrugations.

Недостаток устройства в том, что не всегда возможно обеспечение устойчивости системы из-за недостаточности увеличения площади проходного сечения экономайзерного участка в зависимости от плотности жидкой фазы рабочего продукта на экономайзерном участке. Например, плотность воды при увеличении температуры от 273К до 373К изменяется на 4,149%, т.е. площадь сечения экономайзерного участка увеличивается на эту же величину, что не достаточно для устойчивости течения рабочего продукта в парогенерирующем канале. Кроме этого стенки экономайзерного участка парогенерирующего канала всегда удалены от жидкой фазы, при этом толщина пограничного слоя паровой фазы увеличивается по длине экономайзерного участка.The disadvantage of this device is that it is not always possible to ensure the stability of the system due to the insufficient increase in the area of the passage section of the economizer section, depending on the density of the liquid phase of the working product in the economizer section. For example, the density of water with an increase in temperature from 273K to 373K changes by 4.149%, i.e. the cross-sectional area of the economizer section increases by the same amount, which is not enough for the stability of the flow of the working product in the steam-generating channel. In addition, the walls of the economizer section of the steam generating channel are always removed from the liquid phase, while the thickness of the boundary layer of the vapor phase increases along the length of the economizer section.

Задачами изобретения являются повышение эффективности работы и устойчивости течения рабочего продукта в парогенерирующем канале.The objectives of the invention are to increase the efficiency and stability of the flow of the working product in the steam generating channel.

Указанные задачи в устройстве, содержащем дроссельные шайбы, установленные на входе и выходе, с тремя характерными участками экономайзерным, переходным и подогревательным газовым, решаются тем, что экономайзерный участок имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся по длине от входа к выходу, на величину соответствующей площади поперечного сечения паровой фазы в пограничном слое, а также тем, что на экономайзерном участке площадь поперечного сечения увеличивается от входа к выходу на величину соответствующей площади поперечного сечения пограничного слоя умноженной на коэффициент N, где 0,05≤N≤1 для жидких сред с температурой кипения равной или выше 353К и 1≤N≤4 для жидких сред с температурой кипения ниже 353К, а также тем, что на экономайзерном и переходном участках парогенерирующего канала установлены турбулизаторы, направляющие жидкую фазу рабочего продукта на стенки парогенерирующего канала, а паровую фазу к его центральной оси и тем, что винтовой шнек расположен по всей длине экономайзерного с переменным проходным сечением и переходного с постоянным проходным сечением участках парогенерирующего канала, при этом по оси винтового шнека на переходном участке расположено центральное отверстие, увеличивающееся по диаметру от входа к выходу переходного участка.The indicated tasks in a device containing throttle washers installed at the inlet and outlet, with three characteristic sections of the economizer, transition and heating gas, are solved by the fact that the economizer section has a cross-sectional area that increases in length from the inlet to the outlet by an amount corresponding to the cross-sectional area cross sections of the vapor phase in the boundary layer, as well as the fact that in the economizer section the cross-sectional area increases from entrance to exit by the value of the corresponding cross-sectional area cross-section of the boundary layer multiplied by the coefficient N, where 0.05≤N≤1 for liquid media with a boiling point equal to or higher than 353K and 1≤N≤4 for liquid media with a boiling point below 353K, as well as that on the economizer and transition turbulizers are installed in the sections of the steam-generating channel, directing the liquid phase of the working product to the walls of the steam-generating channel, and the vapor phase to its central axis and the fact that the screw auger is located along the entire length of the economizer with a variable passage section and a transition one with a constant passage echeniem portions of the steam generating channel, and the helical axis of the screw in the transition area is located central hole, increasing the diameter of the inlet to the outlet transition section.

В известных технических решениях признаков сходных с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, не обнаружено, следовательно, это решение обладает существенными отличиями. Приведенная совокупность признаков в сравнении с известным уровнем техники позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию «новизна». В то же время, заявляемое техническое решение применимо в промышленности, в частности в энергетическом машиностроении и криогенных системах и может быть использовано в парогенерирующих системах и устройствах, поэтому оно соответствует условию «промышленная применимость».In the known technical solutions, features similar to those distinguishing the claimed solution from the prototype are not found, therefore, this solution has significant differences. The above set of features in comparison with the prior art allows us to conclude that the claimed technical solution meets the condition of "novelty." At the same time, the claimed technical solution is applicable in industry, in particular in power engineering and cryogenic systems and can be used in steam generating systems and devices, therefore it meets the condition of "industrial applicability".

Изобретение поясняется следующими схемами.The invention is illustrated by the following schemes.

На фиг. 1 представлена схема устройства повышения устойчивости течения в парогенерирующем канале с увеличением от входа к выходу площади поперечного сечения на экономайзерном участке.In FIG. 1 shows a diagram of a device for increasing the flow stability in a steam-generating channel with an increase from the entrance to the exit of the cross-sectional area in the economizer section.

На фиг. 2 представлена схема устройства повышения устойчивости течения в парогенерирующем канале с турбулизаторами на экономайзерном и переходном участках, направляющие жидкую фазу рабочего продукта на стенки парогенерирующего канала, а паровую фазу к его центральной оси.In FIG. Figure 2 shows a diagram of a device for increasing the flow stability in a steam-generating channel with turbulators in the economizer and transition sections, directing the liquid phase of the working product to the walls of the steam-generating channel, and the vapor phase to its central axis.

На фиг. 3 представлена схема устройства повышения устойчивости течения в парогенерирующем канале с винтовым шнеком на экономайзерном и переходном участках, при этом по оси винтового шнека на переходном участке расположено центральное отверстие, увеличивающееся по диаметру от входа к выходу переходного участка.In FIG. Figure 3 shows a diagram of a device for increasing the flow stability in a steam-generating channel with a screw auger in the economizer and transition sections, with a central hole along the axis of the screw auger in the transition section increasing in diameter from the entrance to the exit of the transition section.

Устройство по п. 1 или п. 2 (фиг. 1) формулы содержит парогенерирующий канал с внешним подводом теплоты Q, состоящий из входного гидравлического сопротивления 1, экономайзерного участка 2 с увеличивающейся площадью поперечного сечения F2>F1 от входа к выходу для нагрева жидкой фазы 3 рабочего продукта до линии насыщения, по длине экономайзерного участка 2 расположен увеличивающийся по толщине пограничный слой 4 паровой фазы рабочего продукта, далее с постоянными площадями поперечного сечения F2=F3=F4 последовательно расположены переходный участок 5 и подогревательный участок 6, на выходе которого расположено выходное гидравлическое сопротивление 7.The device according to claim 1 or claim 2 (Fig. 1) of the formula contains a steam-generating channel with an external supply of heat Q, consisting of an input hydraulic resistance 1, an economizer section 2 with an increasing cross-sectional area F 2 > F 1 from the entrance to the exit for heating of the liquid phase 3 of the working product to the saturation line, along the length of the economizer section 2 is located an increasing thickness of the boundary layer 4 of the vapor phase of the working product, then with constant cross-sectional areas F 2 = F 3 = F 4 transitional drain 5 and a heating section 6, at the output of which there is an output hydraulic resistance 7.

Устройство по п. 3 (фиг. 2) формулы, на экономайзерном 2 и переходном 5 участках содержит турбулизаторы 8 для направления жидкой фазы рабочего продукта от оси парогенерирующего канала на его внутренние стенки и турбулизаторы 9 для направления паровой фазы из пограничного слоя 4 от стенки к его оси.The device according to claim 3 (Fig. 2) of the formula, on economizer 2 and transition 5 sections contains turbulators 8 for directing the liquid phase of the working product from the axis of the steam generating channel to its internal walls and turbulators 9 for directing the vapor phase from the boundary layer 4 from the wall to its axis.

Устройство по п. 4 (фиг. 3) формулы, содержит винтовой шнек 10, расположенный по всей длине с переменным проходным сечением экономайзерного 2 и с постоянным проходным сечением переходного 5 участках парогенерирующего канала, при этом по оси винтового шнека 10 на переходном участке 5 расположено центральное отверстие 11, увеличивающееся по диаметру от входа к выходу переходного участка 5.The device according to claim 4 (Fig. 3) of the formula, comprises a screw screw 10 located along the entire length with a variable passage section of the economizer 2 and with a constant passage section of the transition 5 sections of the steam-generating channel, while along the axis of the screw screw 10 on the transition section 5 is located the Central hole 11, increasing in diameter from the entrance to the output of the transition section 5.

Устройство по п. 1 формулы (фиг. 1) работает следующим образом. На экономайзерном участке 2 по его длине от входа к выходу за счет внешнего подвода теплоты Q увеличивается толщина пограничного слоя 4 паровой фазы между жидкой фазой 3 рабочего продукта и стенкой экономайзерного участка 2. Увеличение толщины пограничного слоя 4 снижает коэффициент теплопередачи от горячего внешнего теплоносителя к жидкой фазе 3 рабочего продукта, а также увеличивает гидравлическое сопротивление движению жидкой фазы 3 рабочего продукта, что влияет на устойчивость течения в парогенерирующем канале. Для компенсации данного явления площадь Fэ поперечного сечения экономайзерного участка 2 по его длине от входа к выходу увеличивают от F1 на величину соответствующей площади Fпс поперечного сечения парового пограничного слоя 4 до сечения F2, т.е. каждое последующее i сечение экономайзерного 2 участка Fэ(i)=F1+Fпс(i) больше его начального значения F1 на величину соответствующей площади сечения пограничного слоя Fпс(i), что, в свою очередь, дополнительно увеличивает площадь внешней теплопередающей поверхности экономайзерного участка 3 и увеличивает количество передаваемой теплоты Q от внешнего горячего теплоносителя к жидкой фазе 3 рабочего продукта. Например, радиус канала равен 10 мм, а пограничный слой 4 на экономайзерном участке 2 увеличивается по толщине от 0 мм в сечении F1 до 3 мм в сечении F2, т.е. площадь сечения пограничного слоя 4 в сечении F2 будет равна Fпс=π(102-72) мм2, что составляет около 51% площади сечения канала в сечении F1. Увеличение площади сечения экономайзерного участка 2 от сечения F2 до сечения F2, в этом примере, составит 51%, а радиус канала в сечении F2 на выходе экономайзерного участка 2 составит примерно 12,288 мм. Это увеличение площади поперечного сечения на экономайзерном участке 2 практически не увеличит гидравлического сопротивления движению как жидкой 3, так и паровой фазы рабочего продукта в пограничном слое 4, что повышает устойчивость течения в парогенерирующем канале.The device according to p. 1 of the formula (Fig. 1) works as follows. In the economizer section 2 along its length from the input to the output due to an external supply of heat Q, the thickness of the boundary layer 4 of the vapor phase between the liquid phase 3 of the working product and the wall of the economizer section 2 increases. An increase in the thickness of the boundary layer 4 reduces the heat transfer coefficient from the hot external coolant to the liquid phase 3 of the working product, and also increases the hydraulic resistance to movement of the liquid phase 3 of the working product, which affects the stability of the flow in the steam-generating channel. To compensate for this phenomenon, the cross-sectional area F e of the economizer section 2 along its length from entrance to exit is increased from F 1 by the value of the corresponding cross-sectional area F ps of the vapor boundary layer 4 to the cross-section F 2 , i.e. each subsequent i section of the economizer 2 section F e (i) = F 1 + F ps (i) is greater than its initial value F 1 by the value of the corresponding cross-sectional area of the boundary layer F ps (i) , which, in turn, additionally increases the external heat transfer surface of the economizer section 3 and increases the amount of transferred heat Q from the external hot fluid to the liquid phase 3 of the working product. For example, the radius of the channel is 10 mm, and the boundary layer 4 in the economizer section 2 increases in thickness from 0 mm in the cross section F 1 to 3 mm in the cross section F 2 , i.e. the cross-sectional area of the boundary layer 4 in the section F 2 will be equal to F ps = π (10 2 -7 2 ) mm 2 , which is about 51% of the cross-sectional area of the channel in the cross section F 1 . The increase in the cross-sectional area of economizer section 2 from section F 2 to section F 2 , in this example, will be 51%, and the channel radius in section F 2 at the exit of economizer section 2 will be approximately 12.288 mm. This increase in the cross-sectional area in the economizer section 2 practically does not increase the hydraulic resistance to the movement of both the liquid 3 and the vapor phase of the working product in the boundary layer 4, which increases the flow stability in the steam-generating channel.

Устройство по п. 2 формулы (фиг. 1) работает следующим образом. На экономайзерном участке 2 площадь поперечного сечения увеличивается по его длине от входа к выходу на величину площади поперечного сечения паровой фазы в пограничном слое умноженной на коэффициент N, изменяющийся в диапазоне от 0,05 до 4 для различных рабочих продуктов. Для рабочих продуктов с высокой плотностью жидкой фазы, например, вода или жидкие углеводороды с температурой кипения равной или выше 353К, коэффициент 0,05≤N≤1, а для рабочих продуктов с низкой плотностью жидкой фазы и температурой кипения ниже 353К, например, криогенные рабочие продукты, коэффициент 1≤N≤4. Использование коэффициента N позволяет оптимизировать сечение экономайзерного участка 2 парогенерирующего канала для повышения устойчивости течения для различных рабочих продуктов без значительных увеличений его габаритов и получением достаточных запасов по устойчивости течения рабочего продукта. Рабочие продукты с температурой кипения ниже 353К имеют низкую теплоту испарения и низкую теплопроводность паровой фазы. Для этих рабочих продуктов с низкой теплотой испарения при сравнении с рабочими продуктами с высокой теплотой испарения на одинаковой длине экономайзерного участка 2 и при подводе внешней одинаковой теплоты Q толщина пограничного слоя 4 будет увеличиваться намного больше, при этом увеличение толщины пограничного слоя от входа до выхода экономайзерного участка 2 будет во столько раз больше во сколько отличаются теплоты испарения рабочих продуктов с высокой и низкой теплотой испарения. Увеличение толщины пограничного слоя 4 ухудшает теплопередачу и может привести к стержневому неустойчивому режиму течения (стержневой режим - это течение жидкой фазы 3 в осевой области по всей длине парогенерирующего канала до выходного гидравлического сопротивления 7). Поэтому для рабочих продуктов с температурой кипения ниже 353К требуется большее увеличение от входа к выходу проходного сечения экономайзерного участка 2, чем для рабочих продуктов с температурой кипения выше 353К. Необходимо отметить, что коэффициент N=С(rэс/rрп) пропорционален отношению теплоты rэс испарения, например этилового спирта (температура кипения этилового спирта 351,3 К при 760 мм.рт.ст.) к теплоте rрп испарения рабочего продукта, где С - функция, учитывает коэффициент теплопроводности паровой фазы рабочего продукта и конвективный теплообмен в пограничном слое 4 для различных чисел рейнольдса.The device according to claim 2 of the formula (Fig. 1) works as follows. In economizer section 2, the cross-sectional area increases along its length from input to output by the value of the cross-sectional area of the vapor phase in the boundary layer multiplied by a factor N, varying from 0.05 to 4 for various work products. For work products with a high density of the liquid phase, for example, water or liquid hydrocarbons with a boiling point equal to or higher than 353K, a coefficient of 0.05≤N≤1, and for work products with a low density of the liquid phase and a boiling point below 353K, for example, cryogenic work products, coefficient 1≤N≤4. Using the coefficient N allows you to optimize the cross section of the economizer section 2 of the steam generating channel to increase the flow stability for various work products without significant increases in its dimensions and to obtain sufficient reserves for the stability of the flow of the work product. Work products with a boiling point below 353K have a low heat of vaporization and low thermal conductivity of the vapor phase. For these work products with a low heat of vaporization, when compared with work products with a high heat of vaporization on the same length of the economizer section 2 and when applying the same external heat Q, the thickness of the boundary layer 4 will increase much more, while the thickness of the boundary layer from entrance to exit of the economizer will increase Section 2 will be so many times as much as the heats of evaporation of work products with high and low heat of evaporation differ. An increase in the thickness of the boundary layer 4 impairs heat transfer and can lead to a rod unstable flow regime (the rod regime is the flow of liquid phase 3 in the axial region along the entire length of the steam-generating channel to the output hydraulic resistance 7). Therefore, for work products with a boiling point below 353K, a larger increase is required from the inlet to the exit section of the economizer section 2 than for work products with a boiling point above 353K. It should be noted that the coefficient N = C (r es / r rp ) is proportional to the ratio of the heat r es of evaporation, for example ethyl alcohol (the boiling point of ethyl alcohol is 351.3 K at 760 mm Hg) to the heat of r rp of evaporation of the working product , where C is a function, takes into account the coefficient of thermal conductivity of the vapor phase of the working product and convective heat transfer in the boundary layer 4 for various Reynolds numbers.

Устройство по п. 3 формулы (фиг. 2) работает следующим образом. На экономайзерном 2 и переходном 5 участках происходит изменение фазового состояния рабочего продукта от жидкого фазы 3 до паровой фазы. Для увеличения коэффициента теплоотдачи необходимо, что бы жидкая фаза 3 рабочего продукта соприкасалась с внутренними стенками парогенерирующего канала на экономайзерном 2 и переходном 5 участках. Турбулизаторы 8, установленные в полости экономайзерного 2 и переходного 5 участков парогенерирующего канала направляют жидкую фазу 3 рабочего продукта от центра канала на внутренние стенки парогенерирующего канала, а турбулизизаторы 9 направляют из пограничного слоя 4 паровую фазу рабочего продукта от стенки парогенерирующего канала к его центральной оси. За счет увеличения площади касания жидкой фазы 3 рабочего продукта внутренних стенок парогенерирующего канала повышен коэффициент теплоотдачи, а значит и коэффициент теплопередачи, а это позволяет уменьшить линейные габариты парогенерирующего канала, а также снизить вероятность появления стержневого режима течения рабочего продукта.The device according to p. 3 formulas (Fig. 2) works as follows. On economizer 2 and transitional 5 sections, the phase state of the working product changes from liquid phase 3 to vapor phase. To increase the heat transfer coefficient, it is necessary that the liquid phase 3 of the working product is in contact with the inner walls of the steam-generating channel in economizer 2 and transition 5 sections. Turbulizers 8 installed in the cavity of the economizer 2 and transition 5 sections of the steam generating channel direct the liquid phase 3 of the working product from the center of the channel to the inner walls of the steam generating channel, and turbulizers 9 send from the boundary layer 4 the vapor phase of the working product from the wall of the steam generating channel to its central axis. By increasing the area of contact of the liquid phase 3 of the working product of the inner walls of the steam generating channel, the heat transfer coefficient is increased, and hence the heat transfer coefficient, and this reduces the linear dimensions of the steam generating channel, as well as reduces the likelihood of a core mode of flow of the working product.

Устройство по п. 4 формулы (фиг. 3) работает следующим образом. На экономайзерном 2 и переходном 5 участках поток рабочего продукта закручивают в винтовом шнеке 10. За счет закрутки потока появляется центробежная сила, которая отбрасывает жидкую фазу 3 рабочего продукта к внутренней стенке парогенерирующего канала, при этом за счет вытеснения жидкой фазой 3 паровая фаза рабочего продукта из пограничного слоя 4 проходит в центральное отверстие 11 винтового шнека в приосевой части канала на переходном участке 5, где полное давление ниже, чем в пристеночной области парогенерирующего канала. Увеличение диаметра осевого отверстия 11 в винтовом шнеке 10 от входа к выходу на переходном участке 5 позволяет не увеличить гидравлическое сопротивление для прохода паровой фазы. За счет этого повышается эффективность теплопередачи, как на экономайзерном 2, так и на переходном 5 участках парогенерирующего канала, а также повышается устойчивость течения за счет исключения образования стержневого режима течения.The device according to claim 4 of the formula (Fig. 3) works as follows. At economizer 2 and transitional 5 sections, the flow of the working product is twisted in a screw screw 10. Due to the swirling of the flow, a centrifugal force appears, which rejects the liquid phase 3 of the working product to the inner wall of the steam-generating channel, while due to the liquid phase 3 displacing the vapor phase of the working product from the boundary layer 4 passes into the Central hole 11 of the screw screw in the axial part of the channel in the transition section 5, where the total pressure is lower than in the wall region of the steam-generating channel. The increase in the diameter of the axial hole 11 in the screw screw 10 from the entrance to the exit at the transition section 5 allows you to not increase the hydraulic resistance for the passage of the vapor phase. Due to this, the heat transfer efficiency is increased, both on the economizer 2 and on the transitional 5 sections of the steam-generating channel, as well as the stability of the flow due to the elimination of the formation of the pivotal flow regime.

За счет увеличения проходного сечения парогенерирующего канала на экономайзерном участке снижается скорость течения рабочего продукта, что, в свою очередь, увеличивает статическое давление и снижает динамическую составляющую полного давления, а это повышает устойчивость течения в парогенерирующем канале, кроме этого снижается вероятность образования стержневого течения в каналах. За счет увеличения площади теплопередачи на экономайзерном участке уменьшена его длина, а значит и линейные габариты парогенерирующего канала. За счет применения турбулизаторов и винтового шнека в конструкции парогенерирующего канала, во первых, увеличена площадь теплопередающей поверхности, соприкасающаяся с жидкой фазой рабочего продукта, а значит и эффективность теплообменника и уменьшены его линейные габариты, во вторых, на этих участках снижены пульсационные составляющие статического, динамического и полного давления, что в свою очередь повышает устойчивость течения рабочего продукта.By increasing the flow area of the steam-generating channel in the economizer section, the flow rate of the working product is reduced, which, in turn, increases the static pressure and reduces the dynamic component of the total pressure, which increases the stability of the flow in the steam-generating channel, in addition, the likelihood of a core flow in the channels is reduced . By increasing the heat transfer area in the economizer section, its length has been reduced, and hence the linear dimensions of the steam generating channel. Due to the use of turbulators and a screw screw in the design of the steam-generating channel, firstly, the heat transfer surface area in contact with the liquid phase of the working product is increased, and hence the efficiency of the heat exchanger and its linear dimensions are reduced, and secondly, the pulsation components of the static and dynamic are reduced in these areas and full pressure, which in turn increases the stability of the flow of the working product.

Таким образом, изобретением усовершенствовано устройство для повышения устойчивости течения в парогенерирующем канале, в котором изменены и оптимизированы характеристики парогенерирующего канала на экономайзерном и переходном участках.Thus, the invention improved the device for increasing the flow stability in the steam generating channel, in which the characteristics of the steam generating channel in the economizer and transition sections are changed and optimized.

Claims (4)

1. Устройство повышения устойчивости течения и эффективности работы парогенерирующего канала, содержащего дроссельные шайбы, установленные на входе и выходе, с тремя характерными участками экономайзерным, переходным и подогревательным газовым, отличающееся тем, что экономайзерный участок имеет площадь поперечного сечения, увеличивающуюся по длине от входа к выходу на величину соответствующей площади поперечного сечения паровой фазы в пограничном слое.1. A device to improve the stability of the flow and the efficiency of the steam-generating channel, containing throttle washers installed at the inlet and outlet, with three characteristic sections of the economizer, transition and heating gas, characterized in that the economizer section has a cross-sectional area that increases in length from the entrance to output by the value of the corresponding cross-sectional area of the vapor phase in the boundary layer. 2. Устройство повышения устойчивости течения и эффективности работы парогенерирующего канала, содержащего дроссельные шайбы, установленные на входе и выходе, с тремя характерными участками экономайзерным, переходным и подогревательным газовым, отличающееся тем, что на экономайзерном участке площадь поперечного сечения увеличивается от входа к выходу на величину соответствующей площади поперечного сечения пограничного слоя, умноженной на коэффициент N, где 0,05≤N≤1 для жидких сред с температурой кипения, равной или выше 353 К, и 1≤N≤4 для жидких сред с температурой кипения ниже 353 К.2. Device for increasing the stability of the flow and the efficiency of the steam-generating channel, containing throttle washers installed at the inlet and outlet, with three characteristic sections of the economizer, transition and heating gas, characterized in that the cross-sectional area increases from the entrance to the exit by an amount the corresponding cross-sectional area of the boundary layer multiplied by the coefficient N, where 0.05≤N≤1 for liquid media with a boiling point equal to or higher than 353 K, and 1≤N≤4 for w liquids with a boiling point below 353 K. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на экономайзерном и переходном участках парогенерирующего канала установлены турбулизаторы, направляющие жидкую фазу рабочего продукта на стенки парогенерирующего канала, а паровую фазу к его центральной оси.3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that turbulizers are installed on the economizer and transition sections of the steam generating channel, directing the liquid phase of the working product to the walls of the steam generating channel, and the vapor phase to its central axis. 4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что винтовой шнек расположен по всей длине экономайзерного с переменным проходным сечением и переходного с постоянным проходным сечением участков парогенерирующего канала, при этом по оси винтового шнека на переходном участке расположено центральное отверстие, увеличивающееся по диаметру от входа к выходу переходного участка.4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the screw auger is located along the entire length of the economizer with a variable bore and a transition with a constant bore of sections of the steam-generating channel, with a central hole located along the axis of the screw auger in the transition section, increasing along diameter from entrance to exit of the transition section.
RU2019104520A 2019-02-18 2019-02-18 Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel RU2707347C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104520A RU2707347C1 (en) 2019-02-18 2019-02-18 Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019104520A RU2707347C1 (en) 2019-02-18 2019-02-18 Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707347C1 true RU2707347C1 (en) 2019-11-26

Family

ID=68653050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019104520A RU2707347C1 (en) 2019-02-18 2019-02-18 Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707347C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755857C1 (en) * 2020-11-25 2021-09-22 Владимир Александрович Шишков Heat exchanger

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2109825A1 (en) * 1970-03-02 1971-09-23 Babcock & Wilcox Co Heat exchanger in a pressure vessel and method for its operation
US4967699A (en) * 1987-05-22 1990-11-06 Ab Asea-Atom Steam generator
RU2663967C1 (en) * 2017-07-14 2018-08-13 Владимир Александрович Шишков Method of increasing the steam generator operation efficiency and device for its implementation
RU2666834C1 (en) * 2017-06-19 2018-09-12 Владимир Александрович Шишков Device for increasing the stability of flow and efficiency of operation of the steam-generating channel

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2109825A1 (en) * 1970-03-02 1971-09-23 Babcock & Wilcox Co Heat exchanger in a pressure vessel and method for its operation
US4967699A (en) * 1987-05-22 1990-11-06 Ab Asea-Atom Steam generator
RU2666834C1 (en) * 2017-06-19 2018-09-12 Владимир Александрович Шишков Device for increasing the stability of flow and efficiency of operation of the steam-generating channel
RU2663967C1 (en) * 2017-07-14 2018-08-13 Владимир Александрович Шишков Method of increasing the steam generator operation efficiency and device for its implementation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755857C1 (en) * 2020-11-25 2021-09-22 Владимир Александрович Шишков Heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Meng et al. Experimental study on convective heat transfer in alternating elliptical axis tubes
Chen et al. Heat transfer enhancement in dimpled tubes
Sheikholeslami et al. Review of heat transfer enhancement methods: Focus on passive methods using swirl flow devices
Feizabadi et al. Experimental evaluation of thermal performance and entropy generation inside a twisted U-tube equipped with twisted-tape inserts
Promvonge et al. Thermal behaviors in heat exchanger channel with V-shaped ribs and grooves
Yin et al. The effects of wavy plate phase shift on flow and heat transfer characteristics in corrugated channel
Khoshvaght-Aliabadi et al. Influence of Al2O3–H2O nanofluid on performance of twisted minichannels
Cao et al. Thermal characteristics of air-water two-phase flow in a vertical annularly corrugated tube
RU2707347C1 (en) Device for increasing flow stability and operating efficiency of steam generating channel
Touatit et al. Optimal diameters of triple concentric-tube heat exchangers
Wang et al. Experimental study on single-phase flow in horizontal internal helically-finned tubes: The critical Reynolds number for turbulent flow
Khoshvaght-Aliabadi et al. Performance intensification of discontinuous twisted turbulators by using delta-winglets: Experimental study
RU2666834C1 (en) Device for increasing the stability of flow and efficiency of operation of the steam-generating channel
Brockmeier et al. Heat transfer enhancement in fin‐plate heat exchangers by wing type vortex generators
Kumar Performance Analysis of Double Pipe Heat Exchanger using Convergent–Divergent-Divergent Spring Turbulators
Mangtani et al. Effect OF twisted-tape inserts ON heat transfer IN a tube-a review
Thote et al. Analysis of Friction and Heat Transfer Characteristics of Tubes with Trapezoidal Cut Twisted Tape Inserts.
Nishikawa et al. Flow boiling crisis in grooved boiler-tubes
RU2663967C1 (en) Method of increasing the steam generator operation efficiency and device for its implementation
RU2664038C1 (en) Steam generator
Prabowo et al. Heat Transfer Characteristic on Wing Pairs Vortex Generator using 3D Simulation of Computational Fluid Dynamic
Chavan et al. Heat transfer enhancement by using twisted tape insert
RU2502930C2 (en) Double-pipe stream heat exchanger
Ali et al. Numerical investigation on the thermal performance of double pipe heat exchanger using different shapes of fins
Abdulrasool et al. Experiment on Heat Transfer Enhancement for a Double Pipe Heat Exchanger with Air Injection of Perforated Turbulator