RU2744588C1 - Method for preventing thermal deformations of rotor frame of disc high-temperature rotating regenerative heater of working fluid of power plant - Google Patents
Method for preventing thermal deformations of rotor frame of disc high-temperature rotating regenerative heater of working fluid of power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2744588C1 RU2744588C1 RU2020122976A RU2020122976A RU2744588C1 RU 2744588 C1 RU2744588 C1 RU 2744588C1 RU 2020122976 A RU2020122976 A RU 2020122976A RU 2020122976 A RU2020122976 A RU 2020122976A RU 2744588 C1 RU2744588 C1 RU 2744588C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- frame
- air
- cold
- hot
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/66—Preheating the combustion air or gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/026—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat with different heat storage materials not coming into direct contact
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
- F28D20/02—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
- F28D20/028—Control arrangements therefor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/14—Thermal energy storage
Abstract
Description
Область применения способа: теплоэнергетическое машиностроение, преимущественно, для подогрева рабочего тела, такого как воздух, топливо и их смеси в горелках теплоэнергетических установок, и в массовых регенеративных подогревателях рабочего тела газотурбинных установок, путем передачи тепла от горячих газов к воздуху и/или топливу, например, в микротурбинах, преимущественно в составе гибридных силовых установок для производства тепла и/или генерирования электрического тока.The field of application of the method: thermal power engineering, mainly for heating a working fluid, such as air, fuel and their mixtures in burners of heat power plants, and in mass regenerative heaters of a working fluid of gas turbine installations, by transferring heat from hot gases to air and / or fuel, for example, in microturbines, mainly as part of hybrid power plants for heat production and / or electric current generation.
Сущность изобретения: предложен способ предотвращения тепловых деформаций каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, который включает управление системой регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков в корпусе регенеративного подогревателя с впускными и выпускными каналами, путем регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков средствами регулирования, расположенными в корпусе и в его впускных и выпускных воздушных и газовых каналах, выполненных в нем соответственно с возможностью подвода и отвода в противотоке воздушного и газового потоков, и установленный этом корпусе ротор регенеративного подогревателя, содержащий каркас 1, состоящий из горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков и теплообменных ячеек 4 с внутренними каналами 5, объединенных в ячеистую структуру, установленный в корпусе регенеративного подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого холодного воздушного потока и, по меньшей мере, одного охлаждаемого горячего газового потока, причем горячий газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде охлажденного газового потока, а холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора и выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде нагретого воздушного потока, при этом воздушный и газовый потоки разделяют между собой на каждом диске каркаса 1 ротора посредством, по меньшей мере, одного радиального 6 бесконтактного лабиринтного уплотнения, размещенного на корпусе, а по каждой внешней стороне горячего 2 и/или холодного 3 торцевых дисков отделяют от внешней среды посредством, по меньшей мере, одного размещенного на корпусе окружного 7 бесконтактного лабиринтного уплотнения соответствующего диска ротора, при этом путем оптимального регулирования расходов и температур воздушного и газового потоков, системой оптимального регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков поддерживают близкие или с минимальным возможным перепадом температур воздушного и газового потоков на соответствующих частях ротора соответственно у выхода из горячего торцевого диска 2 каркаса 1 ротора нагретого воздушного потока, выходящего через горячий торцевой диск 2 каркаса 1, и у выхода из холодного торцевого диска 3 каркаса 1 ротора охлажденного газового потока, выходящего через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, в зоне радиальных лабиринтных уплотнений 6 ротора на корпусе, а соотношение коэффициентов линейного расширения материалов горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков каркаса 1 выбирают обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур соответствующих дисков, причем ячеистая структура каркаса 1 ротора подогревателя включает теплообменные ячейки 4, которые выполненяют в виде отдельных стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и внутренними поверхностями 12 каналов 5, в каждом из которых между указанными поверхностями выполняют кольцеобразную полость 13, которую заполняют термоаккумулирующим веществом 14, которое выполнено с возможностью при рабочей температуре и подводе тепла изменения своего агрегатного состояния с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, таким образом осуществляют возвратно колебательный теплообмен за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14, при этом горячий газовый поток охлаждают путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла его плавления, а холодный воздушный поток подогревают путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла его застывания.The essence of the invention: a method for preventing thermal deformations of the rotor frame of a disc high-temperature rotating regenerative heater of a working fluid of a power plant is proposed, which includes control of a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows in the body of a regenerative heater with inlet and outlet channels by regulating temperatures and costs of air and gas flows by means of regulation, located in the housing and in its inlet and outlet air and gas channels, made in it, respectively, with the possibility of supplying and removing air and gas flows in a countercurrent flow, and a regenerative heater rotor installed in this housing, containing a
Известен способ компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого газового потока воздуха и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск каркаса ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе (см. патент РФ № RU 2441188, заявитель БАЛКЕ-ДЮРР ГМБХ (DE), опубл. 27.01.2012.)A known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heater of the working fluid of a power plant, including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end discs and heat exchange cells, installed in the heater body with the possibility of rotation and alternating passage through it in counterflow of at least one heated gas flow of air and at least one cooled gas flow, and the air flow is introduced into the rotor through the cold end disk of the rotor frame, and is removed from it through the hot end disk of the rotor frame in the form outgoing heated air flow, and the gas flow is introduced into the rotor through the hot end disk of the rotor frame and is discharged through the cold end disk of the rotor frame in the form of an outgoing cooled gas flow, while the air and gas flows are separated on the rotor from each outer side hot and cold discs by means of at least one rotor seal located on the housing (see. RF patent No. RU 2441188, applicant BALKE-DURR GMBH (DE), publ. 27.01.2012.)
Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания бесконтактного уплотнения и поддержания оптимального зазора в уплотнении при помощи управляемых по температуре сложных стержневых механизмов, расположенных по всем поверхностям уплотнений.The main disadvantage of the known method for compensating for the deformation of a high-temperature rotary disc heater during its operation is a complex sequence of actions when trying to create a contactless seal and maintain an optimal gap in the seal using complex temperature-controlled rod mechanisms located on all surfaces of the seals.
Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого газового потока воздуха и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск каркаса ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе (см. патент на изобретение РФ №2432540, заявитель БАЛКЕ-ДЮРР ГМБХ (DE), опубл. 27.10.2011.)A known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heater of a working fluid of a power plant, including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end discs and heat exchange cells, installed in the heater body with the possibility of rotation and alternating passage through it in counterflow of at least one heated gas flow of air and at least one cooled gas flow, and the air flow is introduced into the rotor through the cold end disk of the rotor frame, and is removed from it through the hot end disk of the rotor frame in the form outgoing heated air flow, and the gas flow is introduced into the rotor through the hot end disk of the rotor frame and is discharged through the cold end disk of the rotor frame in the form of an outgoing cooled gas flow, while the air and gas flows are separated on the rotor from each outer st hot and cold discs by means of at least one rotor seal located on the housing (see. patent for invention of the Russian Federation No. 2432540, applicant BALKE-DURR GMBH (DE), publ. 27.10.2011.)
Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания бесконтактного уплотнения и поддержания удаляемого расхода перетекающих воздушного и газового потоков через оптимальный зазор в уплотнении при помощи отсасывания воздуха и/или газа составляющих утечки, в зоне расположенных по всем поверхностям уплотнений, преимущественно в радиальном направлении, позволяющего стабилизировать распределение температур по поверхности каркаса.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotary disk heater during its operation is a complex sequence of actions when trying to create a contactless seal and maintain the removable flow rate of overflowing air and gas streams through the optimal gap in the seal by suctioning air and / or gas constituting the leak in the zone located on all surfaces of the seals, mainly in the radial direction, allowing to stabilize the temperature distribution over the surface of the frame.
Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого газового потока воздуха и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск каркаса ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск каркаса ротора в виде нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе (см. патент на изобретение РФ № RU 2119127 С1, заявитель Аппаратебау Ротемоле Брандт унд Критцлер ГмбХ (DE), опубл. 20.09.1998.)A known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heater of a working fluid of a power plant, including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end discs and heat exchange cells, installed in the heater body with the possibility of rotation and alternating passage through it, in countercurrent flow, of at least one heated gas stream of air and at least one cooled gas stream, and the cold air flow is introduced into the rotor through the cold end disk of the rotor frame, and is removed from it through the hot end disk of the rotor frame into in the form of a heated air flow, and the gas flow is introduced into the rotor through the hot end disk of the rotor frame and is discharged through the cold end disk of the rotor frame in the form of an outgoing cooled gas flow, while the air and gas flows are separated on the rotor from each outer Rings of hot and cold discs by means of at least one rotor seal located on the housing (see. RF patent for invention No. RU 2119127 C1, applicant Apparatus Rotemole Brandt und Kritzler GmbH (DE), publ. 20.09.1998.)
Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя при его работе заключается в сложной последовательности действий при попытке создания бесконтактного уплотнения и поддержания разделения воздушной и газовых полостей через оптимальный зазор в уплотнении при помощи потока разделительного газа, компенсирующего и предотвращающего перетечки воздуха и газа, окружные и радиальные уплотнения образуют поверхности уплотнения, расположенные в общей плоскости и беззазорно переходящие друг в друга в местах стыка и с возможностью автоматического поддержания беззазорного контакта, позволяющего стабилизировать распределение температур по поверхности каркаса.The main disadvantage of the known method of compensating for the deformation of a high-temperature rotary disk heater during its operation consists in a complex sequence of actions when trying to create a contactless seal and maintaining the separation of air and gas cavities through an optimal gap in the seal using a separating gas flow, which compensates and prevents air and gas overflows, circumferential and radial seals form sealing surfaces located in a common plane and passing into each other without backlash at the joints and with the possibility of automatically maintaining a backlash-free contact, which makes it possible to stabilize the temperature distribution over the frame surface.
Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого потока воздуха и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск каркаса ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе. Подогреватель работает как обычный вращающийся регенеративный подогреватель. При возникновении термических деформаций ротора 6 его коробление устраняется строгой фиксацией ротора 6 относительно корпуса 1 с помощью взаимодействия кольца 14 с кольцевой канавкой 13 через антифрикционные накладки 15. Таким образом устраняется перекос уплотняемых поверхностей ротора 6, что исключает раскрытие зазоров между этими поверхностями и уплотнениями 9 и 10 и тем самым уменьшает перетоки теплообменивающихся сред - воздуха и газа (см. авторское свидетельство СССР №881517, заявитель Горьковский автомобильный завод (Производственное объединение "ГАЗ"), опубл. 15.11.1981, в тексте критики аналога указаны оригинальные позиции из авторского свидетельства СССР №881517).There is a method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heater of a working fluid of a power plant, including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, installed in the heater body with the possibility of rotation and alternating passage through it in counterflow of at least one heated air flow and at least one cooled gas flow, and the cold air flow is introduced into the rotor through the cold end disk of the rotor frame, and is removed from it through the hot end disk of the rotor frame in the form outgoing heated air flow, and the gas flow is introduced into the rotor through the hot end disk of the rotor frame and is discharged through the cold end disk of the rotor frame in the form of an outgoing cooled gas flow, while the air and gas flows are separated on the rotor from each outer st orons of hot and cold discs by means of at least one rotor seal located on the housing. The heater works like a conventional rotary regenerative heater. When thermal deformations of the
Основным недостатком известного способа компенсации деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя при его работе заключается в том, что при возникновении термических деформаций ротора его коробление устраняется строгой фиксацией ротора относительно корпуса с помощью взаимодействия кольца с кольцевой канавкой через антифрикционные накладки. Таким образом устраняется перекос уплотняемых поверхностей ротора, что по мнению заявителя исключает раскрытие зазоров между этими поверхностями и уплотнениями и тем самым уменьшает перетоки теплообменивающихся сред - воздуха и газа. Но следует отметить, что механическое выравнивание грибообразной формы теплопередающей и торцевых поверхностей каркаса ротора не может быть полностью компенсировано, например, вследствие наличия технологических зазоров в соединениях, их износа и постоянно меняющегося поля температур и вызванных им пространственных термических деформаций.The main disadvantage of the known method for compensating for the deformation of a high-temperature rotating disk heater during its operation is that when thermal deformations of the rotor occur, its warpage is eliminated by strictly fixing the rotor relative to the body by means of the interaction of the ring with the annular groove through the anti-friction linings. Thus, the skew of the sealing surfaces of the rotor is eliminated, which, according to the applicant, excludes the opening of the gaps between these surfaces and the seals and thereby reduces the flow of heat exchanging media - air and gas. But it should be noted that the mechanical alignment of the mushroom-like shape of the heat-transferring and end surfaces of the rotor frame cannot be fully compensated, for example, due to the presence of technological gaps in the joints, their wear and the constantly changing temperature field and the spatial thermal deformations caused by it.
Известен способ работы и предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков и ротор, содержащий каркас, состоящий из холодного и горячего торцевых дисков и теплообменных ячеек, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого потока воздуха и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск каркаса ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск каркаса ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, (см. авторское свидетельство СССР №SU 800579 А1, заявитель Горьковский автомобильный завод (Производственное объединение "ГАЗ"), опубл. 30.01.1981)A known method of operation and prevention of deformation of a high-temperature rotating disk heater of the working fluid of a power plant, including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows and a rotor containing a frame consisting of cold and hot end disks and heat exchange cells, installed in the heater body with the possibility of rotation and alternately passing through it in countercurrent at least one heated air flow and at least one cooled gas flow, moreover, the cold air flow is introduced into the rotor through the cold end disk of the rotor frame, and is removed from it through the hot end disk of the rotor frame in the form of an outgoing heated air flow, and the gas flow is introduced into the rotor through the hot end disk of the rotor frame and is discharged through the cold end disk of the rotor frame in the form of an outgoing cooled gas flow, while the air and gas flows are separated on the rotor from each The outer side of the hot and cold discs by means of at least one rotor seal located on the housing (see. USSR author's certificate No. SU 800579 A1, applicant Gorky Automobile Plant (Production Association "GAZ"), publ. 01/30/1981)
По утверждению заявителя выполнение на горячей стороне каркаса поперечных каналов, сообщенных входными отверстиями с воздушным подводящим патрубком, а выходными - с воздушным отводящим патрубком позволяет обеспечить охлаждение торца каркаса на горячей стороне, уменьшить коробление каркаса за счет выравнивания температуры поверхности каркаса и повысить надежность работы регенератора. Но при этом заявитель не учитывает возможность грибообразного коробления всего жесткого каркаса, состоящего из монолитных шестигранных ячеек, в которых установлены теплопередающие элементы в виде конических вставок, которые постоянно омываются с одной стороны радиального уплотнения разогреваемым ими холодным воздухом, а с другой - ячейки нагреваются горячими газами, вследствие чего термические деформации всего каркаса под их воздействием не смогут компенсироваться меньшими деформациями охлаждаемого горячего диска.According to the applicant, the execution of transverse channels on the hot side of the frame, communicated by the inlet openings with the air inlet pipe, and the outlet openings with the air outlet pipe, allows cooling the frame end on the hot side, reducing the warping of the frame by leveling the temperature of the frame surface and increasing the reliability of the regenerator. But at the same time, the applicant does not take into account the possibility of mushroom-like warping of the entire rigid frame, consisting of monolithic hexagonal cells, in which heat transfer elements are installed in the form of conical inserts, which are constantly washed on one side of the radial seal by cold air heated by them, and on the other, the cells are heated by hot gases , as a result of which thermal deformations of the entire frame under their influence cannot be compensated by smaller deformations of the cooled hot disk.
Известен способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, корпус с впускными и выпускными каналами, выполненными в нем соответственно с возможностью подвода и отвода воздушного и газового потоков в противотоке, и установленный в нем ротор, содержащий каркас 1, состоящий из горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков и теплообменных ячеек 4 с внутренними каналами 5, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого воздушного потока и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем горячий газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, а холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, при этом воздушный и газовый потоки разделают между собой на каждом диске ротора посредством, по меньшей мере, одного радиального 6 лабиринтного уплотнения, размещенного на корпусе, а с каждой внешней стороны горячего 2 и холодного 3 дисков отделяют от внешней среды посредством, по меньшей мере, одного окружного 7 лабиринтного уплотнения ротора, размещенного на корпусе, причем часть каркаса ограждают теплоограждающей обечайкой, предназначенной для создания динамической термической защиты от перегрева части каркаса, прилегающей к ротору, (см. патент РФ № RU 2296930 С1, заявители Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" (RU), Федеральное ГУП Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" (RU), опубл. 10.04.2007.)There is a known method of preventing deformation of a high-temperature rotating disk heater of a working fluid of a power plant, including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows, a housing with inlet and outlet channels made in it, respectively, with the possibility of supplying and removing air and gas flows in a counterflow, and installed in it is a rotor containing a
По утверждению заявителей предложеный способ охлаждения каркаса вращающегося дискового подогревателя путем отбора части потока теплом обменивающихся сред и направления его вдоль стенки каркаса, при котором отобранную часть потока горячей среды направляют вдоль стенки каркаса после предварительного охлаждения, что позволит предотвратить омывание стенки каркаса горячей средой и, следовательно, обеспечивает снижение термических деформаций каркаса. Система охлаждения, реализующая этот способ, представляет собой расположенные вдоль стенки каркаса каналы охлаждения: основной и дополнительный с направляющим аппаратом. Основной канал образован двумя охватывающими теплообменную матрицу обечайками, выполнен U-образной формы с дном, размещенным на горячей щеке. Внутренняя обечайка установлена консольно на горячей щеке и может быть выполнена в виде теплоизолирующей стенки, отделяющей дополнительный канал охлаждения от основного. Наружная обечайка делит основной канал на два колена, одно из которых сообщается с дополнительным каналом и вместе с крышкой, являющейся одновременно дном дополнительного канала, эта обечайка составляет направляющий аппарат системы. Дополнительный канал охлаждения в зависимости от конструктивных особенностей теплообменной матрицы и эксплуатационных параметров подогревателя образован внутренней обечайкой и либо щелевыми каналами матрицы, либо по меньшей мере, одним, вновь введенным в устройство специальным каналом (щелевым или каким-либо другим), по меньшей мере, одним, либо частью пористой набивки матрицы, изолированной или не изолированной от основного объема набивки. Технический результат, получаемый от использования предлагаемой группы изобретений, заключается в повышении эффективности охлаждения каркаса подогревателя и соответственно снижении его тепловых деформаций и напряжений в нем при конструктивном упрощении системы охлаждения. Но основным недостатком предложенного способа и реализующей его работу системы охлаждения каркаса вращающегося дискового подогревателя, будет то, что основная часть каркаса подогревателя будет находиться под действием неравномерного нагрева вдоль теплообменных ячеек, поле температур которых будет неравномерным, что обязательно приведет к грибообразной термической деформации каркаса, которую невозможно компенсировать термостабилизированной частью каркаса, отделенной обечайками, что должно привести к непредсказуемому искривлению формы каркаса во внутренней нетермостабилизированной его части в процессе омывания ее охлаждаемым горячим газом или нагреваемым холодным воздухом со стороны «горячей щеки».According to the applicants, the proposed method for cooling the frame of a rotating disk heater by taking a part of the flow with the heat of the exchanging media and directing it along the wall of the frame, in which the selected part of the flow of the hot medium is directed along the wall of the frame after pre-cooling, which will prevent washing of the frame wall by the hot medium and, therefore , provides a reduction in thermal deformations of the frame. The cooling system that implements this method consists of cooling channels located along the wall of the frame: the main one and an additional one with a guide vanes. The main channel is formed by two shells covering the heat exchange matrix, made in a U-shape with a bottom placed on the hot cheek. The inner shell is cantilevered on the hot cheek and can be made in the form of a heat-insulating wall separating the additional cooling channel from the main one. The outer shell divides the main channel into two elbows, one of which communicates with the additional channel and together with the cover, which is at the same time the bottom of the additional channel, this shell constitutes the guide vane of the system. The additional cooling channel, depending on the design features of the heat exchange matrix and the operating parameters of the heater, is formed by an internal shell and either slotted channels of the matrix, or at least one newly introduced special channel (slotted or some other), at least one , or as part of a porous matrix packing, isolated or not isolated from the main packing volume. The technical result obtained from the use of the proposed group of inventions consists in increasing the efficiency of cooling the heater frame and, accordingly, reducing its thermal deformations and stresses in it with a constructive simplification of the cooling system. But the main disadvantage of the proposed method and the cooling system of the rotary disk heater frame that implements its operation will be that the main part of the heater frame will be under the influence of uneven heating along the heat exchange cells, the temperature field of which will be uneven, which will certainly lead to mushroom-shaped thermal deformation of the frame, which it is impossible to compensate with a heat-stabilized part of the frame, separated by shells, which should lead to an unpredictable curvature of the frame shape in its inner non-heat-stabilized part during its washing with cooled hot gas or heated cold air from the side of the “hot cheek”.
Известен способ работы и предотвращения деформации каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, который включает управление системой регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков в корпусе регенеративного подогревателя с впускными и выпускными каналами, выполненными в нем соответственно с возможностью подвода и отвода воздушного и газового потоков в противотоке и установленный в нем ротор, содержащий каркас 1, состоящий из горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков и теплообменных ячеек 4 с внутренними каналами 5, объединенных в ячеистую структуру, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого потока воздуха и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем горячий газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, а холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора и выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного радиального 6 и/или окружного 7 уплотнения ротора, размещенного на корпусе, при этом выполняют на горячей стороне каркаса и вокруг теплообменных ячеек поперечных охлаждающих каналов, сообщенных входными отверстиями с воздушным подводящим патрубком, а выходными - с воздушным отводящим патрубком (см. патент РФ № RU 2623133 С1, заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" (RU), опубл. 27.01.2012.)There is a known method of operation and prevention of deformation of the rotor frame of a disc high-temperature rotating regenerative heater of a working medium of a power plant, which includes control of a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows in the body of a regenerative heater with inlet and outlet channels made in it respectively with the possibility of supplying and removing and gas flows in a counterflow and a rotor installed in it, containing a
По утверждению заявителя выполнение на горячей стороне каркаса и вокруг теплообменных ячеек поперечных охлаждающих каналов, сообщенных входными отверстиями с воздушным подводящим патрубком, а выходными -с воздушным отводящим патрубком позволяет обеспечить охлаждение торца каркаса на горячей стороне и каркаса с теплообменными ячейками, уменьшить коробление каркаса за счет выравнивания температуры поверхности горячего диска и ячеек каркаса и повысить надежность работы регенератора. Но при этом заявитель не учитывает возможность грибообразного коробления всего жесткого каркаса, состоящего из монолитных шестигранных ячеек, в которых установлены теплопередающие элементы в виде конических вставок, которые постоянно омываются с одной стороны разогреваемым ими холодным воздухом, а с другой - горячими газами, и при этом теплообменные ячейки в виде теплопередающих пакетов жестко связаны со стенками каркаса, вследствие чего термические деформации теплоаккумулирующих ячеек каркаса под их воздействием не смогут компенсироваться меньшими деформациями охлаждаемого горячего диска и стенок ячеек каркаса, которые между собой жестко связаны, а охлаждение горячего диска не сможет поддерживать каркас в недеформированном состоянии, так как внешние стенки ячеек каркаса не тепло изолированы от их внутренней части и жестко с ней связаны, по этой причине реальное состояние и деформации каркаса определяются нагревом от тепла теплопередающих пакетов и их механического деформационного воздействия на каркас и деформации каркаса из-за неравномерного реального распределения температур по несущим конструкциям каркаса.According to the applicant, the execution of transverse cooling channels on the hot side of the frame and around the heat exchange cells, communicated by the inlet openings with the air inlet pipe, and the outlet openings with the air outlet pipe, allows to provide cooling of the frame end on the hot side and the frame with heat exchange cells, to reduce the warping of the frame due to equalization of the temperature of the surface of the hot disk and the cells of the frame and increase the reliability of the regenerator. But at the same time, the applicant does not take into account the possibility of mushroom-like warping of the entire rigid frame, consisting of monolithic hexagonal cells, in which heat transfer elements are installed in the form of conical inserts, which are constantly washed on one side by cold air heated by them, and on the other by hot gases, and at the same time heat exchange cells in the form of heat transfer packages are rigidly connected to the walls of the frame, as a result of which thermal deformations of the heat-accumulating cells of the frame under their influence cannot be compensated by smaller deformations of the cooled hot disk and the walls of the frame cells, which are rigidly connected to each other, and the cooling of the hot disk will not be able to support the frame in undeformed state, since the outer walls of the frame cells are not thermally insulated from their inner part and are rigidly connected to it, for this reason, the real state and deformations of the frame are determined by heating from the heat of the heat transfer packages and their mechanical deformation air Actions on the frame and frame deformation due to the uneven real temperature distribution over the supporting structures of the frame.
Наиболее близким техническим решением является способ работы указанной системы теплообмена и предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела энергетической установки, по патенту РФ № RU 2623133 С1, который наиболее близок предлагаемому изобретению по решаемой задаче и имеет наибольшее число действий, совпадающих с действиями по предлагаемому изобретению.The closest technical solution is the method of operation of the specified heat exchange system and prevention of deformation of the high-temperature rotating disk heater of the working fluid of the power plant, according to RF patent No. RU 2623133 C1, which is the closest to the proposed invention in terms of the problem being solved and has the largest number of actions that coincide with the actions of the proposed invention ...
Технической задачей предполагаемого изобретения является повышение работоспособности и эффективности высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, путем использования новой последовательности действий и новой совокупности используемых материальных средств, предотвращающих тепловые деформации его цилиндрической формы под действием постоянно динамически изменяющегося поля температур от воздействия потоков холодного воздуха и горячего газа при их постоянном изменении температуры, воздействующем на каркас ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, путем термофизической изоляции частей каркаса, несущих основные силовые нагрузки от переменного поля температур вследствие поддержания постоянства температуры на теплопередающей поверхности каждой теплообменной ячейки за счет изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества, размещенного в полости каждой теплообменной ячейки и вследствие этого поддержания постоянства температур теплообменных ячеек с внутренними каналами, объединенных в ячеистую структуру, и сохранения цилиндрической формы каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося подогревателя рабочего тела энергетической установки.The technical task of the proposed invention is to increase the operability and efficiency of a high-temperature rotating disk regenerative heater of the working fluid of a power plant, by using a new sequence of actions and a new set of materials used to prevent thermal deformations of its cylindrical shape under the influence of a constantly dynamically changing temperature field from the effects of cold air flows and hot gas with their constant temperature change, affecting the rotor frame of the high-temperature rotating regenerative heater of the working fluid of the power plant, by thermophysical insulation of the frame parts carrying the main power loads from the variable temperature field due to maintaining a constant temperature on the heat transfer surface of each heat exchange cell due to the change in the aggregate the state of the thermal storage substance placed in cavity of each heat exchange cell and, as a result, maintaining constant temperatures of heat exchange cells with internal channels, combined into a cellular structure, and maintaining the cylindrical shape of the rotor frame of the disk high-temperature rotating heater of the working fluid of the power plant.
Поставленная техническая задача решается путем использования конструкций, предложенных в качестве примеров реализации последовательности действий способа, и достигаются следующие, описанные ниже технические результаты.The technical problem posed is solved by using the structures proposed as examples of the implementation of the sequence of actions of the method, and the following technical results described below are achieved.
Техническая задача решается тем, что способ реализуется в следующей последовательности действий над материальными средствами по предотвращению тепловых деформаций цилиндрической формы каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки,The technical problem is solved by the fact that the method is implemented in the following sequence of actions on the material means to prevent thermal deformations of the cylindrical shape of the rotor frame of the disk high-temperature rotating regenerative heater of the working fluid of the power plant,
Следовательно, техническая задача решается тем, что способ предотвращения тепловых деформации каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, который включает управление системой регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков в корпусе регенеративного подогревателя с впускными и выпускными каналами, путем регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков средствами регулирования, расположенными в корпусе и в его впускных и выпускных воздушных и газовых каналах, выполненных в нем соответственно с возможностью подвода и отвода в противотоке воздушного и газового потоков, и установленный в этом корпусе ротор регенеративного подогревателя, содержащий каркас 1, состоящий из горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков и теплообменных ячеек 4 с внутренними каналами 5, объединенных в ячеистую структуру, установленный в корпусе регенеративного подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого холодного воздушного потока и, по меньшей мере, одного охлаждаемого горячего газового потока, причем горячий газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде охлажденного газового потока, а холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора и выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде нагретого воздушного потока, при этом воздушный и газовый потоки разделяют между собой на каждом диске каркаса 1 ротора посредством, по меньшей мере, одного радиального 6 бесконтактного лабиринтного уплотнения, размещенного на корпусе, а по каждой внешней стороне горячего 2 и/или холодного 3 дисков отделяют от внешней среды посредством, по меньшей мере, одного размещенного на корпусе окружного 7 бесконтактного лабиринтного уплотнения соответствующего диска ротора, причем путем оптимального регулирования расходов и температур воздушного и газового потоков, системой оптимального регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков поддерживают близкие или с минимальным возможным перепадом температур воздушного и газового потоков на соответствующих частях ротора соответственно у выхода из горячего торцевого диска 2 каркаса 1 ротора нагретого воздушного потока, выходящего через горячий торцевой диск 2 каркаса 1, и у выхода из холодного торцевого диска 3 каркаса 1 ротора охлажденного газового потока, выходящего через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, в зоне радиальных лабиринтных уплотнений 6 ротора на корпусе, а соотношение коэффициентов линейного расширения материалов горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков каркаса 1 выбирают обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур соответствующих дисков, причем ячеистая структура каркаса 1 ротора подогревателя включает теплообменные ячейки 4, которые выполняют в виде отдельных стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и внутренними поверхностями 12 каналов 5, в каждом из которых между указанными поверхностями выполняют кольцеобразную полость 13, которую заполняют термоаккумулирующим веществом 14, которое выполнено с возможностью при рабочей температуре и подводе тепла изменения своего агрегатного состояния с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, таким образом осуществляют возвратно колебательный теплообмен за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14, при этом горячий газовый поток охлаждают путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла его плавления, а холодный воздушный поток подогревают путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла его застывания.Consequently, the technical problem is solved by the fact that a method for preventing thermal deformation of the rotor frame of a disc high-temperature rotating regenerative heater of a working fluid of a power plant, which includes controlling a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows in a regenerative heater body with inlet and outlet channels, by regulating temperatures and flow rates of air and gas flows by means of regulation located in the housing and in its inlet and outlet air and gas channels, made in it, respectively, with the possibility of supplying and withdrawing in a countercurrent flow of air and gas flows, and a regenerative heater rotor installed in this housing, containing a
Способ предотвращения тепловых деформаций каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки для реализации последовательности его действий, который включает управление системой регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков в корпусе регенеративного подогревателя с впускными и выпускными каналами, путем регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков средствами регулирования, расположенными на корпусе регенеративного подогревателя и в его впускных и выпускных воздушных и газовых каналах, выполненных в нем соответственно с возможностью подвода и отвода в противотоке воздушного и газового потоков, которая определяет интенсивность теплообмена между воздушным и газовым потоками через посредство высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя рабочего тела в соответствующем узле теплоомена, корпус с выполненными в нем впускными и выпускными каналами, предназначенными соответственно для подвода и отвода воздушного и газового потоков и их регулирования (на чертежах условно не показаны с отдельными позициями), и установленный в нем ротор регенеративного подогревателя, содержащий каркас 1, состоящий из горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков и теплообменных ячеек 4 с внутренними каналами 5, объединенных в ячеистую структуру, установленный в корпусе регенеративного подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого холодного воздушного потока и, по меньшей мере, одного охлаждаемого горячего газового потока, причем горячий газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде охлажденного газового потока, а холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора и выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде нагретого воздушного потока, при этом воздушный и газовый потоки разделяют между собой на каждом диске каркаса 1 ротора посредством, по меньшей мере, одного радиального бесконтактного лабиринтного уплотнения 6, размещенного на корпусе, а с каждой внешней стороны горячего 2 и/или холодного 3 торцевых дисков отделяют воздушный и газовый потоки от внешней среды посредством, по меньшей мере, одного окружного бесконтактного лабиринтного уплотнения 7 ротора, размещенного на корпусе. Эти признаки полностью повторяют совокупность действий, свойства и достигаемые в прототипе известные технические результаты, заключающиеся в выравнивании поля температур по поверхностям горячего и холодного дисков, что может снизить экстремальные значения термических деформаций путем повышения равномерности распределения температур по указанным поверхностям. Повышение качества работы высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя достигается также эффективной работой радиальных уплотнений и высоким качеством разделения потоков воздуха и газа. В первую очередь, вне зависимости от вида и конструкции уплотнений, качество их работы повышается и характеризуется стабильностью и отсутствием изменения зазоров и формы сопряженных поверхностей ротора и уплотнений в этом процессе, который определяется во время эксплуатации постоянством рабочего зазора между корпусом и ротором, основной предпосылкой которого является постоянство формы ротора, которая не должна зависеть от изменения распределения поля температур по поверхности холодного и горячего торцевых дисков 2 или 3 и теплового состояния теплообменных ячеек 4. Обычно на корпусе напротив каждого из торцевых дисков 2 и 3 размещают радиальное уплотнение 6, разделяющее воздушный и газовый потоки и сокращающее их перетечки, и окружное уплотнение 7, устраняющее утечки воздуха и газа и уменьшающее бесполезные неравномерные нагрев или охлаждение внешней поверхности каркаса и корпуса из-за утечек и перетечек, приводящих к неравномерности их нагрева и термическим деформациям из-за указанной неравномерности распределения тепла и соответственно возникновения неравномерного поля температур.A method for preventing thermal deformations of the rotor frame of a disc high-temperature rotating regenerative heater of a working fluid of a power plant for implementing a sequence of its actions, which includes controlling a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows in a body of a regenerative heater with inlet and outlet channels by regulating temperatures and flow rates gas flows by means of regulation located on the body of the regenerative heater and in its inlet and outlet air and gas channels, made in it, respectively, with the possibility of supplying and removing air and gas flows in countercurrent flow, which determines the intensity of heat exchange between air and gas flows through a high-temperature rotating disk heater of the working fluid in the corresponding unit of the heat exchanger, the body with inlet and outlet channels made in it, intended respectively, for the supply and removal of air and gas flows and their regulation (in the drawings, they are conventionally not shown with separate positions), and a regenerative heater rotor installed in it, containing a
Для уменьшения деформирующего воздействия перепадов температур на каркас 1 и снижения величин его термических деформаций цилиндрической формы без необходимости создания сложных условий и конструкций для выравнивания и стабилизации поля температур по несущим элементам конструкции каркаса 1 необходимо изменить и создать новую конструкцию каркаса 1 и последовательность действий при его работе, приводящих к снижению деформаций каркаса 1. Это достигается за счет использования следующих отличительных признаков предложенного способа.To reduce the deforming effect of temperature drops on the
При этом путем оптимального регулирования расходов и температур потоков, системой оптимального регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков (которая на чертежах условно не показана) поддерживают близкие или с минимальным возможным перепадом температур воздушного и газового потоков на соответствующих частях ротора соответственно у выхода из горячего торцевого диска 2 каркаса 1 ротора нагретого воздушного потока, выходящего через горячий торцевой диск 2 каркаса 1, и у выхода из холодного торцевого диска 3 каркаса 1 ротора охлажденного газового потока, выходящего через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, в зоне радиальных 6 уплотнений ротора на корпусе, причем радиальные и окружные уплотнения 6 и 7 ротора на корпусе, выполнены лабиринтными, что позволяет уменьшить возможность перетечек воздуха и газа между воздушным и газовым потоками в контурах каркаса 1 при противоточном движении воздуха и газа и устранить отрицательного влияние на тепловое состояние каркаса 1 утечек воздуха и газа по периметру дисков 2 и 3, а на холодной части ротора через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора холодный воздушный поток вводят в ротор, при этом через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора выводят уходящий охлажденный газовый поток в зоне радиальных уплотнений 6 ротора на корпусе, выполненных лабиринтными. Что позволяет создать более равномерное поле температур по всем поверхностям каркаса 1, в том числе горячего 2 и холодного 3 дисков и является очевидным, так эти действия аналогичны известным действиям в прототипе и являются развитием указанных известных действий, потому что при близких температурах и теплофизических свойствах теплообменных ячеек поглощенное и отданное обратно ими тепло должно создать условия для создания поля близких температур на поверхности горячего и холодного дисков 2 и 3. Абсолютно одинаковых температур на указанных поверхностях дисков быть не может из-за того, что теплопередача с необходимой интенсивностью идет только при достаточном перепаде температур между воздухом или газом и теплопередающим материалом каждой теплообменной ячейки 4 в наиболее общем виде перепад между которыми уменьшается по экспоненте. Это постоянство поля температур возможно, например, вследствие возможности работы газотурбинной гибридной установки в одном оптимальном выбранном режиме работы турбины и работы системы оптимального регулирования расходов и температур потоков и регулирования ею температур и расходов воздушного и газового потоков. Критерием оптимальности могут быть близкие или с минимальным возможным перепадом температур движение воздушного и газового потоков на соответствующей части ротора соответственно у выхода из горячего торцевого диска 2 каркаса 1 ротора нагретого воздушного потока и выходящего из ротора охлажденного газового потока через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в зоне радиальных 6 уплотнений ротора на корпусе, так как при этом будет наиболее эффективное использование отходящего тепла, При этом следует отметить, что улучшение равномерности распределения температур по горячему и холодному дискам 2 и 3 может быть правильно организовано путем выбора правильной конструкции, теплофизических характеристик теплообменных ячеек и времени теплообмена (контакта), так например, можно изменить сектор нагрева воздуха и можно выбрать бОльшим, чем сектор охлаждения газа, или создать устройство для изменения в переменном процессе работы указанных секторов, что позволит больше тепла отдать воздуху от материала теплообменной ячейки, при равной по величине отбора тепла к нему от газа, вследствие большего перепада температур, следовательно, чем будет выше эффективность их работы, тем что должна быть больше эффективность теплообмена при не одинаковых начальных условиях, и тем ближе будут начальные и конечные температуры поверхностей горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков соответственно для нагреваемого потока воздуха и соответственно охлаждаемого газового потока, так как холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, чем больше тепла эти потоки отдают и получают от теплопередающих ячеек 4 в процессе возвратно колебательного теплообмена, тем ближе будут температуры воздуха и газа в частях потоков, проходящих через горячий 2 и холодный 3 торцевые диски каркаса 1. Такие изменения конструкции описаны ниже.At the same time, by optimally regulating the flow rates and temperatures of the flows, the system for optimal regulation of the temperatures and flow rates of the air and gas flows (which is not conventionally shown in the drawings) maintains close or with the minimum possible temperature difference between the air and gas flows on the corresponding parts of the rotor, respectively, at the exit from the
Наиболее эффективной разработкой правильной конструкции можно принять разновидность конструкции когда теплообменные ячейки 4 выполняют в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и внутренними поверхностями 12 каналов 5, в каждом из которых между указанными поверхностями выполняют кольцеобразную полость 13, которую заполняют термоаккумулирующим веществом 14, которое при рабочей температуре и подводе тепла меняет свое агрегатное состояние с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, то есть возвратно колебательный теплообмен осуществляют за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14, при этом горячий газовый поток охлаждают путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла плавления, и холодный воздушный поток подогревают путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла его застывания.The most effective development of the correct design can be a type of design when
Для этого изменена конструкция теплообменных ячеек, так что в каждом из стаканов между внешней шестигранной поверхностью и поверхностью внутреннего канала выполняют кольцеобразную полость 13, которую заполняют термоаккумулирующим веществом 14, которое при рабочей температуре и подводе тепла имеет возможность изменения своего агрегатного состояния с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, то есть осуществляют возвратно колебательный теплообмен за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14 с точкой плавления и затвердевания в диапазоне рабочих температур высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя, при этом горячий газовый поток охлаждают путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла его плавления, а холодный воздушный поток подогревают путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла его застывания.For this, the design of the heat exchange cells has been changed, so that in each of the glasses between the outer hexagonal surface and the surface of the inner channel, an
Кроме кристаллических и металлических материалов, имеющих узкий температурный интервал плавления - затвердевания возможно применение аморфных веществ с более широким необходимым для интенсификации начального теплообмена путем получения большего перепада температур между холодным воздухом или горячим газом и теплообменной ячейкой, соответствующим указанным выше требованиям интервалом температур изменения агрегатного состояния. Также выполнение теплообменных ячеек 4 в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и с внутренними поверхностями 12 каналов 5, в каждом из которых между внешней шестигранной поверхностью 11 и внутренней поверхностью 12 канала 5 выполнена кольцеобразная полость 13, заполненная термоаккумулирующим веществом 14, которое при рабочем диапазоне температур и подводе тепла меняет свое агрегатное состояние с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, то есть осуществляют возвратно колебательный теплообмен за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14 в диапазоне рабочих температур высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя, это позволяет поддерживать постоянно максимально возможный перепад между газом или воздухом и внутренней поверхностью 12 каналов 5 стаканов 10 теплоаккумулирующих ячеек 4, так как температура внутренней поверхности 12 не может стремительно подниматься из-за постоянного теплоотвода или теплоподвода с участием термоаккумулирующего вещества 14 при изменении его агрегатного состояния. Это явление также повышает эффективность теплообмена в обеих направлениях теплопередачи, как от охлаждаемого газа к каждой теплоаккумулирующей ячейке 4, так и к нагреваемому воздуху от теплоаккумулирующей ячейки 4, кроме кристаллических и металлических материалов, имеющих узкий температурный интервал плавления -затвердевания возможно применение их смесей, сплавов или аморфных веществ с необходимым соответствующим указанным выше требованиям интервалом температур изменения агрегатного состояния. При этом термоаккумулирующее вещество позволяет поддерживать температуру внутренней поверхности 12 канала 5 каждой теплообменной ячейки практически постоянной, очевидно, что это может быть осуществлено с учетом создания необходимого перепада температур на стенке внутренней поверхности 12 канала 5 путем создания достаточного температурного напора подвода или отвода тепла путем изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества 14. Чем тоньше будет стенка внутреннего канала 5 и выше ее теплопроводность, тем меньше будет потребный температурный напор, необходимый для передачи количества тепла в единицу времени, то есть будет выше скорость его передачи. Жесткость стакана должна при этом поддерживаться необходимыми расчетными прочностью, жесткостью и устойчивостью формы шестигранной поверхности 11 и торцевых поверхностей каждого стакана 10, которые в меньшей степени участвуют в попеременном возвратно колебательном теплообмене, но за счет поддержания постоянства температуры (путем их термофизической теплоизоляции за счет термического изменения агрегатного состояния промежуточного теплопередающего и термоаккумулирующего вещества 14) материалов шестигранной 11 и торцевых поверхностей стаканов 10 теплообменных ячеек 4, то есть всей массы материалов и всех поверхностей, участвующих в теплообмене, каждого стакана 10 позволяет повысить стабильность формы и размеров каждого из стаканов 10 и уменьшить их влияние на термические деформации каркаса 1. Таким образом снижаются термические деформации внешних шестигранных поверхностей 11 теплообменных ячеек 4 за счет повышения постоянства температур указанных, несущих основные силовые нагрузки конструктивных элементов теплообменных ячеек 4 путем их термофизической теплоизоляции, то есть стабилизации поля температур и сохранения равномерности поля температур на шестигранных поверхностях 11 несущих конструктивных элементов стаканов 10 теплообменных ячеек 4 при изменении режимов работы энергетической установки из-за счет устранения знакопеременного термического колебательного воздействия на несущие конструктивные элементы, то есть части, примыкающие к шестигранным поверхностям 11 при нагреве и охлаждении теплообменных ячеек 4 путем сглаживания колебаний температуры за счет поглощения термоаккумулирующим веществом 14 при его плавлении избытка тепла от горячего газа и отдачи холодному воздуху недостающего ему тепла термоаккумулирующим веществом 14 при его застывании.In addition to crystalline and metallic materials with a narrow melting - solidification temperature range, it is possible to use amorphous substances with a wider temperature difference necessary for intensifying the initial heat transfer by obtaining a larger temperature difference between cold air or hot gas and a heat exchange cell, corresponding to the above requirements, the temperature range of the aggregate state change. Also, the execution of
При использовании в качестве термоаккумулирующего вещества 14 сложных составов, состоящих из кристаллических, металлических веществ, их смесей, сплавов или веществ с аморфными свойствами в конце полуцикла теплообмена конечная температура нагрева будет подниматься выше средней температуры плавления этого вещества, теплообмен при этом будет происходить с пониженной интенсивностью, кроме этого и и-за того, что и температура газа значительно упадет, по этой причине этот период теплообмена не может быть определяющим ни по количеству передаваемого тепла, ни по времени и ни по его интенсивности. Но начало следующего полуцикла теплопередачи горячему газовому потоку, будет происходить при большем перепаде температур, при котором охлаждают путем отбора от газового потока аморфным термоаккумулирующим веществом тепла плавления, будет начинаться с большего перепада температур между холодным воздухом и разогретой внутренней поверхностью канала, что должно резко ускорить теплообмен и теплопередачу на начальном этапе как по времени, так и по количеству передаваемого тепла в единицу времени, что должно также резко повысить интенсивность теплопередачи путем отдачи холодному воздушному потоку термоаккумулирующим аморфным веществом тепла застывания, которая и без этого будет к концу полуцикла снижаться из-за уменьшения перепада температур вследствие нагрева воздуха и переохлаждения термоаккумулирующего вещества ниже средней температуры плавления аморфного вещества, таким образом на новом полуцикле температурный перепад между горячим газом и охлажденным аморфным термоаккумулирующим веществом будет больше и цикл будет повторяться. Кроме этого в качестве термоаккумулирующего вещества могут применяться смеси или сплавы и т.д. с необходимыми свойствами. Очевидно, что оптимальность и эффективность указанного процесса теплообмена рассчитывается или подбирается опытным путем, исходя из свойств соответствующего термоаккумулирующего вещества с учетом как теплотехнических, так и теплофизических характеристик.When 14 complex compositions are used as a thermal storage substance, consisting of crystalline, metallic substances, their mixtures, alloys or substances with amorphous properties at the end of the half-cycle of heat exchange, the final heating temperature will rise above the average melting point of this substance, while heat exchange will occur with a reduced intensity , besides this, and due to the fact that the gas temperature will also drop significantly, for this reason this period of heat exchange cannot be decisive either in terms of the amount of heat transferred, or in terms of time and its intensity. But the beginning of the next half-cycle of heat transfer to the hot gas flow will occur at a large temperature difference, at which the heat of melting is cooled by the amorphous thermal storage substance taking the heat from the gas flow, will begin with a larger temperature difference between the cold air and the heated inner surface of the channel, which should sharply accelerate the heat transfer and heat transfer at the initial stage, both in time and in the amount of heat transferred per unit of time, which should also sharply increase the intensity of heat transfer by giving the heat of solidification to the cold air flow by a thermally accumulating amorphous substance, which will decrease by the end of the half-cycle due to a decrease temperature difference due to air heating and supercooling of the thermal storage substance below the average melting point of the amorphous substance, thus, on a new half-cycle, the temperature difference between the hot gas and the cooled amorphous thermal storage substance m will be larger and the cycle will repeat. In addition, mixtures or alloys, etc. can be used as a thermal storage substance. with the required properties. Obviously, the optimality and efficiency of the specified heat transfer process is calculated or selected empirically, based on the properties of the corresponding thermal storage substance, taking into account both thermal and thermophysical characteristics.
При этом следует отметить, что все известные и новые действия и работа новых конструктивных признаков и особенностей конструкций, реализующих способ предотвращения деформации высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки создают условия взаимного увеличения количественных показателей теплопередачи возвратно колебательного теплообмена, то есть повышают эффективность способа.It should be noted that all known and new actions and work of new design features and design features that implement a method for preventing deformation of a high-temperature rotating disk regenerative heater of the working fluid of a power plant create conditions for a mutual increase in the quantitative indicators of heat transfer of reciprocating vibrational heat transfer, that is, increase the efficiency of the method.
Соотношение коэффициентов линейного расширения материалов горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков предпочтительно выбирают обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур соответствующих дисков 2 и 3, так как легче их изготовить такими, чем теплоизолировать от воздействия горячих газов и холодного воздуха или стабилизировать их рабочие температуры, причем теплообменные ячейки 4 выполняют в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и внутренними поверхностями 12 каналов 5, в каждом из которых между указанными поверхностями выполнена кольцеобразная полость 13, заполненная термоаккумулирующим веществом 14 при рабочей температуре и подводе тепла меняющим свое агрегатное состояние с твердого на жидкое путем отбора от горячего газа термоаккумулирующим веществом 14 тепла его плавления, а при отводе тепла - обратно путем отдачи холодному воздуху термоаккумулирующим веществом 14 тепла его застывания, то есть возвратный колебательный теплообмен осуществляют за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14, при этом охлаждают рабочий газ путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла плавления, и подогревают холодный воздух путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла застывания и устанавливают между торцевыми дисками 2 и 3 с, по меньшей мере, одной точкой жесткого крепления 8 на каждом диске, каждые две точки жесткого крепления 8 стаканов 10 на соседних дисках 2 и 3 располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения дисков 2 или 3, проходящей через ось симметрии каждого стакана 10, а зазор между стаканами 10 выбирают с возможностью их свободного взаимного радиального расширения при максимальной рабочей температуре. Эти признаки позволяют при одинаковых распределениях (как в аналогах и прототипе) температур на поверхностях горячего 2 или холодного 3 дисков получить новое свойство - одинаковое абсолютное линейное расширение, то есть для правильно выбранных коэффициентов линейного расширения для горячего диска 2 при высокой рабочей температуре за счет малого коэффициента линейного расширения его материала будет меньшее возможное абсолютное линейное расширение для большой рабочей температуры и относительно большее линейное расширение холодного диска 3 с более высоким коэффициентом линейного расширения материала при меньшей рабочей температуре. При правильном выборе коэффициентов линейного расширения материалов холодного и горячего торцевых дисков 2 и 3, соответствующим обратно пропорциональному отношению приростов средних рабочих температур дисков 2 и 3, их абсолютные линейные увеличения размеров при расчетных или выбранных рабочих температурах будут практически одинаковыми, а общие грибообразные деформации каркаса 1 будут минимальными, то есть первоначальная цилиндрическая форма каркаса 1 не изменится. Приростом средних рабочих температур дисков 2 и 3 выбирают разности соответствующих абсолютных рабочих температур за вычетом абсолютной начальной температуры нерабочего исходного состояния каркаса 1, то есть в нерабочем состоянии, остывшем до выбранной изготовителем начальной температуры окружающей среды. Поддержание постоянства температуры (путем термического изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества, то есть стабилизации температуры, путем поглощения тепла термоаккумулирующим веществом, в результате которого будет осуществляться термофизическая теплоизоляция) несущих нагрузки шестигранных поверхностей 11 каждого стакана 10, при этом явлении происходящий процесс теплообмена позволяет повысить стабильность температуры не только внешних шестигранной 11, но его и торцевых поверхностей, уменьшить изменение их формы и размеров для каждого из стаканов 10 и уменьшить их влияние на термические деформации каркаса 1.The ratio of the coefficients of linear expansion of the materials of the hot 2 and cold 3 end disks is preferably chosen inversely proportional to the ratio of the increments in the average operating temperatures of the corresponding disks 2 and 3, since it is easier to manufacture them than to thermally insulate from the action of hot gases and cold air or to stabilize their operating temperatures, and heat exchange cells 4 are made in the form of glasses 10 with external hexagonal surfaces 11 and internal surfaces 12 of channels 5, in each of which an annular cavity 13 is made between these surfaces, filled with a thermal storage substance 14 at operating temperature and heat supply changing its state of aggregation from solid to liquid by removing the heat of its melting from the hot gas by the thermal storage substance 14, and by removing the heat - back by giving the heat of its solidification to the cold air by the thermal storage substance 14, that is, the return vibrational heat exchange carried out They are generated due to the heat of melting or solidification of the thermal storage substance 14, while the working gas is cooled by taking the heat of melting from it with the thermal storage substance 14, and the cold air is heated by giving it the heat of solidification by the thermal storage substance 14 and installed between the end discs 2 and 3 s, at least at least one point of rigid attachment 8 on each disc, every two points of rigid attachment of 8 glasses 10 on adjacent discs 2 and 3 are located in the diametrical plane of the section of their bases, located in the radial and / or tangential plane of the section of discs 2 or 3, passing through the axis of symmetry of each glass 10, and the gap between the glasses 10 is selected with the possibility of their free mutual radial expansion at the maximum operating temperature. These features allow, with the same distributions (as in analogs and the prototype) of temperatures on the surfaces of hot 2 or cold 3 disks, to obtain a new property - the same absolute linear expansion, that is, for correctly selected linear expansion coefficients for
Если теплообменные ячейки 4 выполняют в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и внутренним каналом 5, в каждом из которых между указанными поверхностями выполнена кольцеобразная полость 13, заполненная термоаккумулирующим веществом 14 при рабочей температуре и подводе тепла меняющим свое агрегатное состояние с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, то есть возвратный колебательный теплообмен осуществляют за счет тепла плавления или застывания термоаккумулирующего вещества 14, при этом охлаждают рабочий газ путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла плавления, и подогревают холодный воздух путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла застывания и устанавливают между торцевыми дисками 2 и 3 с предпочтительной возможностью ограничения теплопередачи между стаканами и дисками, по меньшей мере, с одной точкой 8 жесткого крепления на каждом диске 2 или 3, а, по меньшей мере, каждые две точки 8 жесткого крепления стаканов на соседних дисках 2 или 3 располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения соответствующего из дисков 2 или 3, проходящей через ось симметрии каждого стакана 10, то этим достигается устранение воздействие тепловых деформаций ячеек 4 на торцевые диски 2 и 3 при весьма значительном перепаде температур по длине каждой ячейки 4, так как торцевые поверхности, соприкасающиеся с соответствующим диском 2 или 3 имеют возможность свободного линейного расширения и это не вызывает деформацию дисков 2 и 3. Расположение точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 или 3 в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной плоскости сечения дисков 2 или 3, то есть в плоскости, проходящей через ось их вращения в радиальном направлении, позволяет достичь минимального перепада температур между указанными точками. Расположение точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 или 3 в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в тангенциальной к радиальной плоскости сечения дисков 2 или 3, позволяет достичь заданного перепада температур между указанными точками, так как эти точки расположены в близких или одинаковы условиях воздействия соответствующего потока воздуха или газа для выбранной внутренней поверхности 12 канала 5 в стакане 10 каждой теплообменной ячейки 4 и будут находиться в близких по перепаду температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что часть потока воздуха или газ, находящаяся в указанном канале 5 теплообменной ячейки 4 будет иметь практически одинаковое распределение температур по длине канала 5 и линейное удлинение вдоль оси канала 5, вследствие чего деформации формы каждой ячейки 4 в отдельности и всех ячеек 4 вместе не смогут привести к изменению формы каркаса 1, а вызовут лишь его удлинение и/или соответствующий поворот в тангенциальном направлении точек 8 жесткого крепления одного торцевого диска 2 или 3 относительно другого. Деформации положения дисков 2 или 3 из-за изменения длины теплообменных ячеек 4 будут не значительны, так как градиент распределения температур по длине стаканов 10 не будет менять знак вследствие термофизической теплоизоляции несущих основные нагрузки шестигранных частей 11 стаканов 10, а средняя температура внешней шестигранной поверхности 11 стаканов 10 теплопередающих ячеек 4 каркаса 1 из-за массивности теплообменной части стаканов 10 будет меняться незначительно, а перепады температуры на рабочей поверхности внутренних каналов стаканов будут приводить к прямой () или обратной) (бочкообразной форме изменения стенок их внутренних поверхностей 12 каналов 5, что при достаточной массе стакана 10 будет незначительно влиять на его рабочую длину.If the heat exchange cells 4 are made in the form of glasses 10 with external hexagonal surfaces 11 and an internal channel 5, in each of which an annular cavity 13 is made between these surfaces, filled with a thermal storage substance 14 at an operating temperature and heat supply changing its state of aggregation from solid to liquid melting, and when heat is removed - back by solidification, that is, the return vibrational heat exchange is carried out due to the heat of melting or solidification of the thermo-accumulating substance 14, while the working gas is cooled by taking the heat of melting from it with the thermo-accumulating substance 14, and the cold air is heated by giving it back substance 14 of the heat of solidification and is installed between the end discs 2 and 3 with the preferred possibility of limiting heat transfer between the cups and the discs, with at least one point 8 of rigid attachment on each disc 2 or 3, and at least every two points 8 of rigid on the attachment of the glasses on adjacent disks 2 or 3 are placed in the diametrical plane of the section of their bases, located in the radial and / or tangential to it the plane of the section corresponding to the disks 2 or 3, passing through the axis of symmetry of each glass 10, then this is achieved by eliminating the effect of thermal deformations cells 4 on the end discs 2 and 3 with a very significant temperature difference along the length of each cell 4, since the end surfaces in contact with the corresponding disc 2 or 3 have the possibility of free linear expansion and this does not cause deformation of the discs 2 and 3. The location of the
Поддержание же постоянства температуры (путем термического изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества) может привести путем поддержания постоянства температур торцовых поверхностей стаканов 10 и к повышению стабильности температур дисков 2 или 3 (это в гипотетически возможном случае изготовления их из одинаковых материалов) путем возвратно колебательного перетекания тепла от перегретой или переохлажденной поверхности дисков к термоаккумулирующему веществу 14 в полости 13 каждого стакана 10 и обратно. Для улучшения протекания этого процесса контактирующие торцовые поверхности стаканов 10 и дисков 2 или 3 могут быть соединены между собой, например, пайкой теплопроводящим легко деформируемым материалом. Повышение стабильности температур обоих дисков 2 и 3 и каждого стакана 10 каждой теплообменной ячейки 4 в отдельности позволяет повысить стабильность формы и размеров каждого из стаканов 10 и уменьшить их влияние на термические деформации всего каркаса 1.Maintaining a constant temperature (by means of a thermal change in the state of aggregation of a thermal storage substance) can lead by maintaining a constant temperature of the end surfaces of the
При этом движение потоков воздуха и газов с близкими температурами в зоне радиальных уплотнений ротора вращающегося дискового подогревателя на корпусе и выполнение этих уплотнений 6 и 7 лабиринтными, при указанных выше условиях позволяет достичь минимального зазора и высокой эффективного бесконтактного уплотнения путем поддержания плоской формы дисков 2 или 3.At the same time, the movement of air and gas streams with close temperatures in the area of the radial seals of the rotor of the rotary disk heater on the casing and the design of these
Выполнение зазоров между внешними шестигранными поверхностями 11 стенок стаканов 10 каркаса 1 вращающегося дискового подогревателя, которые выбирают из условия возможности обеспечения свободного взаимного радиального расширения относительно оси симметрии или точки 8 жесткого крепления каждого стакана 10 относительно других стаканов 10 при их максимальной рабочей температуре без их взаимного контакта и появления возможности деформации, такое выполнение исключит деформации от неравномерного нагрева поверхностей дисков 2 и 3 и массивной части стаканов 10.The execution of gaps between the outer
Все вышеуказанные признаки позволяют достичь следующих технических результатов:All of the above features allow achieving the following technical results:
1. Радиальные 6 и окружные уплотнения 7 ротора, установлены на корпусе и выполнены лабиринтными, что позволяет уменьшить возможность перетечек воздуха и газа между воздушным и газовым контурами при вращении каркаса 1 ротора (при противоточном движении воздуха и газа) и устранить их отрицательного влияния на их формы при изменении теплового состояния каркаса и его термической деформации вследствие постоянного поддержания плоской формы дисков 2 и 3.1.
2. Холодный 3 и горячий 2 торцевые диски выполнены из материалов отношение коэффициентов линейного расширения которых выбрано обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков, что позволяет устранить взаимную неравномерность теплового расширения дисков под действием разных рабочих температур на холодном 3 и горячем 2 торцевые дисках.2.
3. Поддержание постоянства температуры каждого стакана 10 (путем термического изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества 14, при котором охлаждают рабочий газ путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла плавления, и подогревают холодный воздух путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла застывания) позволяет повысить стабильность формы и размеров каждого из стаканов 10 и уменьшить их влияние на термические деформации каркаса 1 при дополнительном положительном влиянии на форму каркаса всех далее указанных явлений и факторов.3. Maintaining a constant temperature of each glass 10 (by thermally changing the state of aggregation of the
4. На холодном 3 и горячем 2 дисках равномерность температурного поля, соответственно стабильности формы и их линейных размеров будет поддерживаться автоматически за счет теплопередачи и попеременного нагрева и охлаждения дисков, стаканов 10 теплообменных ячеек 4.4. On cold 3 and hot 2 discs, the uniformity of the temperature field, respectively, the stability of the shape and their linear dimensions will be maintained automatically due to heat transfer and alternating heating and cooling of discs,
5. Параллельное и синхронное изменение линейных размеров и поддержание формы и взаимных размеров дисков 2 и 3 приведет к уменьшению изгибных деформаций стаканов 10, вследствие постоянства взаимного радиального расстояния их точек 8 жесткого крепления от оси вращения на соответствующей части дисков 2 и 3.5. Parallel and synchronous change in linear dimensions and maintenance of the shape and mutual dimensions of
6. Выполнение теплообменных ячеек 4 в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и с внутренними поверхностями 12 каналов 5 и установка их между торцевыми дисками 2 и 3, по меньшей мере, с одной точкой 8 жесткого крепления на каждом диске 2 или 3, а, по меньшей мере, расположение каждых двух точек 8 жесткого крепления стаканов 10 на соседних дисках 2 или 3, в диаметральной плоскости сечения оснований стаканов 10, расположение этих точек в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения дисков 2 или 3, проходящей через ось симметрии каждого стакана 10, позволит уменьшить воздействие термических деформаций дисков 2 и 3 на форму каркаса 1 ротора.6. Execution of
7. Расположение точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 и 3 в зоне внутренней поверхности 12 каналов 5 стаканов 10 позволяет снизить термические деформации стаканов 10, так как температура шестигранных несущих частей, примыкающих к внешней шестигранной поверхности 11 поддерживается постоянной за счет изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества 14 в кольцеобразной полости 13 стакана 10. И при этом каждый стакан 10 может быть также жестко прикреплен к диску 2 или 3 по всему периметру канала 5, внутренняя поверхность которого может изменять свою форму вследствие придания ей меньшей жесткости, чем у несущей шестигранной, и возможности изменения формы.7. The location of the
8. Выбор величины зазора между стаканами 10 из условия достижения возможности их свободного расширения при максимальной рабочей температуре позволяет исключить влияние неравномерного нагрева по длине канала 5 и соответствующего неравномерного линейного в радиальном направлении расширения внешних шестигранных поверхностей 11 стенок стакана 10, и исключить влияние возникающей из-за этого его грибообразной формы стакана 10 на форму каркаса 1 подогревателя.8. The choice of the size of the gap between the
9. В каждом из стаканов 10 между внешней шестигранной поверхностью 11 и внутренней поверхностью 12 канала 5 выполнена кольцеобразная полость 13, заполненная термоаккумулирующим веществом 14, которое при рабочей температуре и подводе тепла меняет свое агрегатное состояние с твердого на жидкое путем отбора от горячего газа тепла его плавления, а при отводе тепла его застывания обратно к холодному воздушному потоку, то есть с точкой плавления и затвердевания в диапазоне рабочих температур высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя, при этом охлаждают рабочий газ путем отбора от него термоаккумулирующим веществом тепла плавления, и подогревают холодный воздух путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла застывания. Это позволяет выровнять температурное поле на несущих конструкциях, примыкающих к шестигранным поверхностям 11 стаканов 10. Кроме кристаллических и металлических материалов, имеющих узкий температурный интервал плавления - затвердевания возможно применение сложных составов из кристаллических, металлических веществ, их смесей, сплавов или веществ с аморфными свойствами веществ с необходимым соответствующим указанным выше требованиям интервалом температур изменения агрегатного состояния.9. In each of the
10. На холодном 3 и горячем 2 дисках равномерность температурного поля может поддерживаться автоматически за счет оптимальной теплопередачи от холодного воздуха и горячего газа и попеременного нагрева - охлаждения дисков 2 и 3 в том числе и за счет возвратно колебательного теплоперетока с участием стаканов 10 теплообменных ячеек 4. По этой причине диски 2 и 3 могут быть выполнены с меньшей конструктивной прочностью и материалоемкостью путем использования менее термостойких материалов.10. On cold 3 and hot 2 disks, the uniformity of the temperature field can be maintained automatically due to optimal heat transfer from cold air and hot gas and alternate heating - cooling of
11. Выполнение теплообменных ячеек 4 в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и с внутренними поверхностями 12 каналов 5, в каждом из которых между внешней шестигранной поверхностью 11 и внутренней поверхностью 12 канала 5 выполнена кольцеобразная полость 13, заполненная термоаккумулирующим веществом 14, которое при рабочей температуре и подводе тепла изменяет свое агрегатное состояние с твердого на жидкое путем поглощения тепла его плавления, а при отводе тепла обратно путем отдачи тепла его застывания, то есть с точкой плавления и затвердевания в диапазоне рабочих температур высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя, это позволяет поддерживать максимально возможный перепад между горячим газом или холодным воздухом и внутренней поверхностью 12 канала 5 стаканов 10 теплоаккумулирующих ячеек 4 на протяжении всей длины внутренней поверхности 12 канала 5, так как ее температура не может стремительно подниматься из-за постоянного теплоотвода или тепло подвода с участием термоаккумулирующего вещества 14 при изменении его агрегатного состояния. Это явление также повышает эффективность теплообмена в обоих направлениях теплопередачи, как от охлаждаемого газа к каждой теплоаккумулирующей ячейки, так и к нагреваемому воздуху от теплоаккумулирующей ячейки, при этом охлаждают рабочий газ путем отбора от него термоаккумулирующим веществом 14 тепла плавления, и подогревают холодный воздух путем отдачи ему термоаккумулирующим веществом 14 тепла застывания. Кроме кристаллических и металлических материалов, имеющих узкий температурный интервал плавления - затвердевания возможно применение аморфных и других веществ с необходимым соответствующим указанным выше требованиям интервалом температур изменения агрегатного состояния.11. Execution of
12. При этом следует отметить, что применение аморфных термоаккумулирующих веществ позволяет интенсифицировать теплообмен при начальной стадии каждого направления теплопередачи, потому что конечная температура нагрева термоаккумулирующего аморфного вещества будет выше чем кристаллического что позволит увеличить тепловой напор и перепад температур на начальной стадии теплообмена, а при охлаждении конечная температура термоаккумулирующего аморфного вещества будет соответственно ниже, что также увеличит тепловой напор и перепад температур на начальной стадии теплообмена, что интенсифицирует теплопередачу в цикле обмена.12. It should be noted that the use of amorphous thermal storage substances makes it possible to intensify heat transfer at the initial stage of each direction of heat transfer, because the final heating temperature of the thermal storage amorphous substance will be higher than the crystalline one, which will increase the thermal head and temperature difference at the initial stage of heat transfer, and upon cooling the final temperature of the thermally accumulating amorphous substance will be correspondingly lower, which will also increase the thermal head and temperature difference at the initial stage of heat exchange, which intensifies the heat transfer in the exchange cycle.
13. Расположение, по меньшей мере, двух точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 и 3 в диаметральной плоскости сечения оснований стаканов 4 теплообменных ячеек, расположенной в тангенциальной к ней плоскости сечения дисков 2 и 3, т.е. в плоскости перпендикулярной радиальной плоскости сечения, позволяет достичь минимального перепада температур между указанными точками, так как эти точки расположены в близких или одинаковы условиях воздействия воздуха или газа для выбранной рабочей поверхности каждой теплообменной ячейки 4 и будут находиться в относительно близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что часть потока воздуха или газа, находящаяся в указанном канале 5 теплообменной ячейки 4 будет иметь практически одинаковое распределение температур по длине ее внутреннего канала 5, вследствие чего термические деформации линейных размеров и формы каждой ячейки 4 в отдельности и всех ячеек 4 вместе не приведут к изменению цилиндрической формы каркаса 1, а вызовут лишь при условии центрально симметричного их расположения относительно оси вращения каркаса 1 соответствующий поворот одного торцевого диска 2 или 3 относительно другого.13. The location of at least two
14. Наибольшая бочкообразность для компенсации изменения объема термоаккумулирующего вещества при изменении температуры и агрегатного состояния, может создаваться за счет изменения формы на наиболее тонкой внутренней цилиндрической стенке, примыкающей к внутренней поверхности 12 канала 5.14. The largest barrel shape to compensate for the change in the volume of the thermal storage substance with a change in temperature and state of aggregation can be created by changing the shape on the thinnest inner cylindrical wall adjacent to the
15. Чем выше равномерность распределения температур воздуха и газа по дискам, тем меньше линейные, вдоль осей каналов 5 стаканов 10, изменения их длины и меньше изгибная грибообразная деформация частей дисков, возникающая вследствие неравномерного нагрева на газовой и воздушной частях подогревателя. И соответственно можно поддерживать меньший зазор в лабиринтных уплотнениях и уменьшить перетечки между воздушным и газовым потоками. При этом маленькую неравномерность размеров указанных частей каркаса подогревателя дополнительно можно компенсировать изменением и адаптации формы упругой поверхности лабиринтных уплотнений.15. The higher the uniformity of the distribution of air and gas temperatures over the disks, the less linear, along the axes of the
16. Кроме этого шестигранная форма поверхности 11 стаканов 10 позволяет повысить жесткость и устойчивость к формоизменяющей деформации каждой отдельной термоаккумулирующей теплообменной ячейки 4 и каждого стакана 10.16. In addition, the hexagonal shape of the
17. Для жесткой конструкции стакана 10 внутренняя полость 13 может быть заполнена термоаккумулирующим веществом 14 не полностью, то есть с возможностью его объемного расширения.17. For a rigid structure of the
18. Изменение объема при изменении агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества 14 в кольцеобразной полости 13 стакана 10 может быть компенсировано за счет деформации тонкой цилиндрической стенки канала 5 стакана 10 путем придания ей прямой () или обратной) (бочкообразной формы изменения цилиндрических внутренних стенок.18. The change in volume when the aggregate state of the
19. При этом термоаккумулирующее вещество позволяет поддерживать температуру поверхности внутреннего канала каждой теплообменной ячейки практически постоянной, очевидно с учетом создания необходимого перепада температур путем создания достаточного температурного напора подвода тепла для изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества. Чем тоньше будет стенка внутреннего канала 5, тем меньше будет потребный температурный напор. Жесткость стакана 10 должна при этом поддерживаться необходимыми расчетными прочностью, жесткостью и устойчивостью части стакана 10, примыкающей к поверхности 11 шестигранной формы и торцевых поверхностей каждого стакана 10, которые в меньшей степени участвуют в возвратно колебательном теплообмене.19. At the same time, the thermal storage substance allows maintaining the surface temperature of the inner channel of each heat exchange cell practically constant, obviously taking into account the creation of the necessary temperature difference by creating a sufficient temperature head of heat supply to change the state of aggregation of the thermal storage substance. The thinner the wall of the
Способ может быть реализован в множестве конструкций, использующих все действия способа. Наиболее предпочтительной областью техники является устройство для подогрева воздуха и топлива в горелках теплоэнергетических установок.The method can be implemented in a variety of constructs using all the actions of the method. The most preferred field of technology is a device for heating air and fuel in burners of thermal power plants.
Предложение поясняется чертежами, на которых показаны:The proposal is illustrated by drawings, which show:
На Фиг. 1 показана предпочтительная конструкция для реализации способа в виде частично представленной схемы энергетической установки с горелочным устройством, использующим размещенный в нем высокотемпературный вращающийся дисковый регенеративный подогреватель рабочего тела энергетической установки, предназначенным для подогрева воздуха, испарения и подогрева жидкого или газообразного топлива;FIG. 1 shows a preferred design for implementing the method in the form of a partially presented diagram of a power plant with a burner device using a high-temperature rotating disk regenerative heater of a working medium of a power plant located therein, designed for heating air, evaporating and heating liquid or gaseous fuel;
На Фиг. 2 показан частичный разрез каркаса высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки по соседним близко расположенным теплообменным ячейкам;FIG. 2 shows a partial section of the frame of the high-temperature rotating disk regenerative heater of the working fluid of the power plant along adjacent closely spaced heat exchange cells;
На Фиг. 3 показан в изометрии схематический вид каркаса ротора высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки с комплексом уплотнений и частичным разрезом;FIG. 3 is a schematic perspective view of the rotor frame of a high-temperature rotating disk regenerative heater of a working fluid of a power plant with a complex of seals and a partial section;
На Фиг. 4 частично показана схема энергетической микро турбинной гибридной силовой установки для генерирования электрического тока с размещенным в нем высокотемпературным вращающимся дисковым регенеративным подогревателем рабочего тела энергетической установки и приблизительное распределение температур воздушного и газового потоков в ней по регенеративному подогревателю рабочего тела.FIG. 4 partially shows a diagram of a micro-turbine hybrid power plant for generating electric current with a high-temperature rotating disk regenerative heater of the working medium of the power plant and an approximate distribution of temperatures of the air and gas flows in it along the regenerative heater of the working medium.
Способ предотвращения тепловых деформации цилиндрической формы каркаса 1 ротора дискового высокотемпературного вращающегося подогревателя рабочего тела энергетической установки, во всех модификациях его конструктивного выполнения для гибридной силовой установки реализуется при помощи указанного устройства высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя в следующей последовательности действий и достигает указанных технических результатов и решения поставленной технической задачи.The method of preventing thermal deformation of the cylindrical shape of the
На фиг. 1 показана предпочтительная конструкция для реализации способа предотвращения тепловых деформаций каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки из предпочтительной области использования в составе горелочного устройства, определяемого указанными выше свойствами и техническими результатами, достигаемыми в наибольшей степени при использовании предложенной конструкции каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, например, в виде частично представленной схемы установки с горелочным устройством и с размещенным в нем дисковым высокотемпературным вращающимся регенеративным подогревателем рабочего тела энергетической установки, предназначенным в данном случае для подогрева дополнительного воздуха, испарения жидкого и/или подогрева газообразного топлива. Технические результаты и данная преимущественная область использования при этом будут определяться ранее указанными свойствами и достигаемыми регенеративным подогревателем рабочего тела техническими преимуществами и присущими этим свойствам техническими результатами, заключающимися в повышенной надежности, определяемой поддержанием цилиндрической формы каркаса 1 ротора регенеративного подогревателя при изменяющихся режимах работы установки и тепловой нагрузки на него и в его высоких удельных показателях, таких как теплоотдача на единицу объема или массы каркаса 1 ротора вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, так как величина передачи тепла возвратно колебательного теплообмена и интенсивность теплопередачи в отдельной теплообменной ячейке при изменении агрегатного состояния вещества возвратно колебательного теплообмена намного выше, чем теплопередача нагрева - охлаждения в теплообменной ячейке той же массы. Таким образом можно получить минимальные размеры горелки и регенеративного подогревателя в ней при высокой надежности работы.FIG. 1 shows a preferred design for implementing a method for preventing thermal deformations of the rotor frame of a disc high-temperature rotating regenerative heater of a working fluid of a power plant from the preferred area of use as part of a burner device, determined by the above properties and technical results achieved to the greatest extent when using the proposed structure of a high-temperature disc rotor frame a rotating regenerative heater of a working fluid of a power plant, for example, in the form of a partially presented diagram of an installation with a burner device and with a disc high-temperature rotating regenerative heater of a working fluid of a power plant located in it, intended in this case for heating additional air, evaporating liquid and / or heating gaseous fuel. The technical results and this predominant area of use will be determined by the previously indicated properties and the technical advantages achieved by the regenerative heater of the working fluid and the technical results inherent in these properties, which consist in increased reliability determined by maintaining the cylindrical shape of the
В горелочном устройстве размещена дисковая высокотемпературная вращающаяся конструкция регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, реализующего способ, которая включает (см. Фиг. 1, 2 и 3) каркас 1, состоящий из горячего 2 и холодного 3 торцевых дисков и теплообменных ячеек 4 с внутренними каналами 5, в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и поверхностью 12 внутреннего канала 5, точек 8 жесткого крепления к дискам 2 и 3 стаканов 10 теплообменных ячеек 4, показанного условно радиального 6 и окружного 7 бесконтактного лабиринтного уплотнения. На Фиг. 2 условно показаны зачерненной стрелкой поток газа, а белой стрелкой поток воздуха со стороны горячего диска 2. Стаканы 10 жестко закреплены на дисках 2 и 3 в точках 8 жесткого крепления с возможностью образования между ними зазоров 9, которые выбираются из условия свободного взаимного радиального от оси в точках 8 расширения стаканов 10, так как величина смещения стакана 10 относительно оси зависит от точек 8 жесткого крепления каждого стакана 10. Так, например, при радиальном попарном жестком креплении стакана 10 к каждому диску из-за разницы коэффициентов линейного расширения стаканов и дисков будет происходить овализация формы стакана 10 и местная деформация изменения формы отверстий, а диски 2 и 3 свою общую форму не изменят, потому что при достаточной длине стакана 10 он под действием формоизменения дисков 2 и 3 может слегка изогнуться, не значительно влияя на цилиндрическую форму всего каркаса 1. Наиболее предпочтительным является расположение, по меньшей мере, двух точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 и 3 в диаметральной плоскости сечения оснований стаканов 10, расположенной в плоскости перпендикулярной дискам 2 и 3, позволяет достичь минимального изменения формы стаканов 10, так как эти точки расположены в близких или одинаковы условиях защищенности от воздействия холодного воздуха или горячего газа относительно внутренней поверхности 12 канала 5 стакана 10 каждой теплообменной ячейки 4 и будут находиться в относительно близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что внешняя шестигранная часть, примыкающая к шестигранной поверхности 11 стакана 10 каждой теплообменной ячейки 4 будет термофизически теплоизолирована от переменного потока холодного воздуха или горячего газа, находящегося в указанном внутреннем канале 5 стакана 10 теплообменной ячейки 4 и будет иметь практически одинаковое распределение температур по длине шестигранной поверхности 11 стакана 10, вследствие чего термические деформации линейных размеров и формы каждой отдельной ячейки 4 в отдельности и всех ячеек 4 вместе не приведут к изменению формы каркаса 1, а вызовут лишь линейное удлинение стакана 10. Очевидно, что взаимное реальное смещение и деформация стаканов 10 зависит от точек 8 их жесткого крепления, величины коэффициентов термических расширений дисков 2 и 3 и стаканов 10 и их деформаций, определяемых коэффициентом температурного линейного расширения материала дисков при попарном расположении пар точек 8 жестокого крепления стакана 10 на каждом диске.The burner device accommodates a disc high-temperature rotating structure of a regenerative heater of a working fluid of a power plant, which implements the method, which includes (see Figs. 1, 2 and 3) a
Горелочное устройство 17 включает патрубок подвода первичного воздуха (на фиг. 1 условно не показан), патрубок 15 подвода холодного дополнительного воздуха с холодной стороны 18 регенеративного подогревателя рабочего тела его вход в теплообменные ячейки 4 со стороны холодного диска 3 каркаса 1 дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки, внутри которого воздух подогревается от тепла теплообменных ячеек 4, при этом также может испаряться и подогреваться жидкое и/или газообразное топливо, которое в виде паров смешивается с дополнительным воздухом, выходит со стороны горячего диска 2 и через патрубок 16 подачи горячего дополнительного воздуха поступает в горелочное устройство 17, смешивается с первичным воздухом, воспламеняется, и с горячей стороны 19 поступает вновь через горячий диск 2 в теплообменные ячейки 4, нагревая их и снижая температуру рабочего тела перед основным распылителем топлива (показан условно пунктиром на холодной стороне 18) горелочного устройства 17, что позволяет эффективно испарить жидкое и/или подогреть газообразное топливо и создать оптимальные условия для смешивания первичного воздуха и подготовленной к воспламенению порции смеси дополнительного топлива с воздухом и подготовки к эффективному сгоранию основного топлива в потоке основной порции первичного воздуха, то есть воспламенения и сгорания основной порции топливо-воздушной смеси. Регулирование расхода дополнительного воздуха и дополнительного количества топлива позволяет достичь оптимальных условий для испарения жидкой части топлива и/или подогрева газообразного (или газифицированного жидкого) топлива и последующего подогрева первичного воздуха вместе с порцией основного топлива во всем диапазоне расходов первичного воздуха. Средства указанного регулирования расходов дополнительного воздуха, дополнительного топлива, а также их соотношение с расходом первичного воздуха и величиной порции основного топлива общеизвестны, очень разнообразны, и по этой причине не могут быть целесообразно подробно рассмотрены в объеме данного предполагаемого изобретения.The burner device 17 includes a branch pipe for supplying primary air (not shown in Fig. 1), a branch pipe 15 for supplying cold additional air from the cold side 18 of the regenerative heater of the working fluid; the working medium of the power plant, inside of which the air is heated from the heat of the heat exchange cells 4, while liquid and / or gaseous fuel can also be evaporated and heated, which is mixed with additional air in the form of vapors, comes out from the side of the hot disk 2 and through the pipe 16 for supplying hot additional air enters the burner device 17, mixes with the primary air, ignites, and from the hot side 19 enters again through the hot disk 2 into the heat exchange cells 4, heating them and reducing the temperature of the working fluid in front of the main fuel atomizer (shown conditionally by the dotted line on the cold side 18) of the burner 17, which makes it possible to effectively vaporize liquid and / or heat gaseous fuel and create optimal conditions for mixing primary air and a portion of the mixture of additional fuel with air prepared for ignition and preparation for efficient combustion of the main fuel in the flow of the main portion of the primary air, that is, ignition and combustion of the main portion of the fuel-air mixture. Adjusting the flow rate of additional air and additional amount of fuel allows you to achieve optimal conditions for the evaporation of the liquid part of the fuel and / or heating the gaseous (or gaseous liquid) fuel and subsequent heating of the primary air together with a portion of the main fuel over the entire range of primary air flow rates. Means of said regulation of the flow rates of additional air, additional fuel, as well as their relationship with the flow rate of primary air and the size of the portion of the main fuel are well known, very diverse, and therefore cannot be expediently considered in detail within the scope of this proposed invention.
Такое предпочтительное использование, то есть в теплоэнергетической установке внутри ее горелки, выполненной с дисковым высокотемпературным вращающимся регенеративным подогревателем рабочего тела, обусловлено свойствами, присущими предложенной конструкции подогревателя основано на таких его свойствах, помимо указанных выше таких как саморегулируемость теплообмена, высокие надежность, работоспособность, высокие удельные показатели тепловой отдачи теплообменных ячеек и ускоренный теплообмен в них.Such a preferable use, that is, in a heat and power plant inside its burner, made with a disc high-temperature rotating regenerative heater of the working fluid, is due to the properties inherent in the proposed design of the heater based on such properties, in addition to the above, such as self-regulation of heat exchange, high reliability, performance, high specific indicators of heat transfer of heat exchange cells and accelerated heat transfer in them.
Так как в горелку из-за ее малых габаритов трудно и не целесообразно встраивать средства автоматического регулирования системы управления подачей дополнительного воздуха и изменяющихся условий горения дополнительной порции топлива с целью дополнительного выравнивания поля температур на дисках каркаса ротора подогревателя, применяемого для предварительного подогрева первичного воздуха, так как этот процесс не требует особо точного регулирования, то будет достаточно саморегулирования процесса, достигаемого путем поддержания стабильной температуры дополнительного воздуха и дополнительной порции топлива на стадии их сгорания при изменении в широком диапазоне их расходов, так как тепловыделение от сгорания большей порции дополнительного воздуха и дополнительного топлива будет больше и достаточным для необходимого их подогрева. Конструкция же подогревателя должна быть при этом компактной, надежной и работоспособной в широком диапазоне расходов дополнительного воздуха и топлива. Все эти свойства и связанные с ними достигаемые технические результаты присущи предложенной конструкции каркаса высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки.Since, due to its small dimensions, it is difficult and unreasonable to build in the means of automatic regulation of the control system for the supply of additional air and the changing conditions of combustion of an additional portion of fuel in order to further equalize the temperature field on the disks of the rotor frame of the heater used for preheating the primary air since this process does not require particularly precise regulation, then self-regulation of the process will be sufficient, achieved by maintaining a stable temperature of additional air and an additional portion of fuel at the stage of their combustion when changing in a wide range of their costs, since the heat release from the combustion of a larger portion of additional air and additional fuel will be larger and sufficient for the necessary heating. At the same time, the design of the heater must be compact, reliable and efficient in a wide range of additional air and fuel flow rates. All these properties and the associated technical results achieved are inherent in the proposed structure of the frame of the high-temperature rotating disk regenerative heater of the working fluid of the power plant.
В каждом из стаканов 10 (см. Фиг 2 и 3) между внешней шестигранной поверхностью 11 и внутренней поверхностью 12 канала 5 выполнена кольцеобразная полость 13, внутри которой размещено термоаккумулирующее вещество 14, которое выполнено с возможностью при рабочей температуре и при подводе тепла изменения своего агрегатного состояния с твердого на жидкое путем плавления, а при отводе тепла - обратно путем застывания, таким образом каждая теплообменная ячейка 4 выполнена с возможностью возвратно колебательного теплообмена, путем изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества 14 с возможностью за счет тепла его плавления отбора тепла от рабочего газа, а при застывании термоаккумулирующего вещества 14 - подогрева холодного воздуха, при этом теплообменные ячейки 4 установлены между торцевыми дисками 2 и 3 с возможностью жесткого крепления к дискам 2 и 3 в точках 8 жесткого крепления. Такое выполнение теплообменных ячеек 4 позволяет повысить эффективность теплообмена, так как стабильная температура внутренней поверхности 12 канала 5 каждой теплообменной ячейки 4 позволяет увеличить разность температур между ней и газом или воздухом и повысить тепловой напор при теплопередаче, что ускоряет процесс теплообмена. Кроме кристаллических и металлических материалов, имеющих узкий температурный интервал плавления - затвердевания возможно применение аморфных веществ с необходимым, соответствующим указанным выше требованиям интервалом температур изменения агрегатного состояния.In each of the glasses 10 (see Figs. 2 and 3) between the outer
Кроме этого из-за наличия в каждом из стаканов 10 между шестигранной поверхностью 11 и внутренней поверхностью 12 канала 5 выполненной кольцеобразной полости 13, внутри которой размещено термоаккумулирующее вещество 14, имеющее возможность при рабочей температуре, при подводе тепла изменения своего агрегатного состояния с твердого на жидкое, а при отводе тепла - обратно, то такое выполнение каждой теплообменной ячейки 4 с теплоаккумулирующим веществом 14 в кольцеобразной полости 13 позволяет стабилизировать температуру внешней стенки, примыкающей к шестигранной поверхности 11 и несущей основные нагрузки, каждой ячейки 4 и создать непреодолимое препятствие на пути возвратно-колебательного процесса перетока тепла, то есть при этом термоаккумулирующее вещество 14 выполняет функцию термофизической теплоизоляции шестигранной поверхности 11 от возвратно-колебательного процесса перетока тепла от внутреннего канала 5 в пределах возможности поглощения тепла при плавлении или отдачи тепла при его застывании, за этими пределами очевидно будет происходить обычный процесс теплообмена.In addition, due to the presence in each of the
Кроме этого шестигранная форма внешней поверхности 11 каждого стакана 10 позволяет повысить жесткость и устойчивость к формоизменяющей деформации каждой отдельной термоаккумулирующей теплообменной ячейки 4 и компактно расположить все теплообменные ячейки 4 с возможностью контроля их свободного теплового расширения путем создания гарантированного зазора между ними, а при необходимости и формоизменения.In addition, the hexagonal shape of the
Холодный и горячий торцевые диски 2 и 3 выполнены из материалов отношение коэффициентов линейного расширения которых обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков, что позволяет устранить взаимную неравномерность теплового расширения дисков под действием разных рабочих температур, таким образом при нагреве до рабочих температур и в условиях возвратно колебательного теплообмена, воздействие которого на торцевые диски не возможно устранить, уменьшается так называемая грибообразная деформация каркаса, в широком диапазоне изменения расходов дополнительного воздуха и дополнительного топлива, особенно если необходимо для улучшения условий сгорания его полностью испарять. При этом уменьшается неравномерность деформации отдельных взаимно противолежащих частей торцевых дисков 2 и 3 под воздействием соответствующих входящих и горячих газов и холодного воздуха, в том числе до и после теплообмена, так как указанные в п. 2 свойства материалов дисков уменьшают их относительную тепловую деформацию в условиях возвратно колебательного теплообмена, так как перепады температур между горячими и холодными частями торцевых дисков 2 и 3, находящимися под воздействием соответственно охлаждаемого горячего потока газа от сгоревшего дополнительного топлива и нагреваемого холодного потока дополнительного воздуха будут соответствующим образом пропорциональны, таким образом и термические деформации указанных противолежащих частей торцевых дисков 2 и 3 будут пропорциональны или почти равны, что уменьшит общую грибообразность деформации всего каркаса 1, даже с учетом динамики теплообменного процесса. Синхронные термические деформации частей дисков 2 и 3 под одновременным воздействием переменных по температуре воздушного и газового потоков не могут привести к чрезмерным внутренним напряжениям в этих дисках, так как они будут изменять свои размеры пропорционально температуре на их поверхности, то есть части дисков, находящиеся под воздействием горячего газа будут немного больше холодных частей, находящихся под действием холодного воздуха, но общая овализованная цилиндричность указанных дисков не нарушит общую работоспособность каркаса 1, так как при расчете и изготовлении дисков каркаса в целом радиальные зазоры между ним и корпусом обязательно должны выбираться заведомо больше возможных рабочих термических деформаций каркаса, а поверхности корпуса, сопряженные с торцевыми дисками 2 и 3 с установленными в них радиальными 6 и окружными 7 уплотнениями выполнены с необходимыми не изменяющимися зазорами. По этой причине диски 2 и 3 могут быть выполнены с меньшей конструктивной прочностью и материалоемкостью. При этом следует отметить, что плоскопараллельность горячей и холодной частей каждого из дисков 2 и 3 будет сохранена, так как эти части будут синхронно изменять свои размеры, что позволит повысить работоспособность подогревателя и его уплотнений вследствие сохранения плоской формы их поверхностей, к которым примыкают радиальные 6 и 7 окружные уплотнения, установленные на корпусе, то есть зазор между уплотнениями и дисками будет в пределах конструктивных рабочих зазоров, что не позволит нарушить их работоспособность.Cold and
Поддержание постоянства температуры (путем термического изменения агрегатного состояния термоаккумулирующего вещества) несущих основные силовые нагрузки стенок, примыкающих к внешним шестигранным поверхностям 11 каждого стакана 10 позволяет повысить стабильность формы и размеров каждого из стаканов 10, как в месте расположения холодного диска 3, так и в месте расположения горячего диска 2 и уменьшить их деформирующее влияние на термические деформации всего каркаса 1, так как несущие основные силовые нагрузки стенки, примыкающие к шестигранным поверхностям 11 теплообменных ячеек 4 будут находиться при относительно стабильной температуре в следствие термофизической теплоизоляции. Путем сохранения цилиндрической формы каркаса и сохранения постоянства размеров и формы его шестигранных частей, несущих основные механические нагрузки, высокотемпературного вращающегося дискового подогревателя энергетической установки вследствие стабилизации температурного поля несущих конструктивных элементов каркаса 1 и устранения возможности деформирующего воздействия неравномерного изменения поля распределения температур на указанный каркас при возвратно колебательном теплообмене в теплообменных ячейках 4 за счет повышения постоянства температур несущих конструктивных элементов путем их термофизической теплоизоляции, то есть стабилизации поля температур и сохранения равномерности поля температур на шестигранных поверхностях несущих конструктивных элементов при изменении режимов работы энергетической установки из-за счет устранения знакопеременного термического колебательного воздействия на несущие шестигранные части при нагреве и охлаждении теплообменных ячеек путем сглаживания колебаний температуры за счет поглощения термоаккумулирующим веществом при его плавлении избытка тепла от горячего газа и отдачи холодному воздуху недостающего ему тепла термоаккумулирующим веществом при его застывании. Кроме этого достаточно узкий диапазон плавления - затвердевания термоаккумулирующего вещества позволит стабилизировать температуру подогрева холодного дополнительного воздуха и испарения дополнительного жидкого топлива, вследствие чего условия сгорания образованной таким образом топливно-воздушной смеси будут предсказуемыми (штатными, полученными разными путями как расчетными, так и опытными), постоянными и эффективными. Очевидно, что запас (масса) термоаккумулирующего вещества внутри полостей теплообменных ячеек каркаса должна быть выбрана с запасом на нагрев и испарение дополнительного топлива на всех режимах работы высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела в горелке энергетической установкиMaintaining a constant temperature (by means of a thermal change in the state of aggregation of the thermal storage substance) of the walls bearing the main force loads adjacent to the outer
Параллельное и синхронное изменение линейных размеров и поддержание формы и взаимных размеров противолежащих частей дисков приведет к уменьшению изгибных деформаций стаканов, вследствие постоянства синхронного взаимного радиального изменения расстояния их точек крепления от оси вращения на соответствующей части дисков.A parallel and synchronous change in the linear dimensions and maintenance of the shape and mutual dimensions of the opposing parts of the disks will lead to a decrease in bending deformations of the glasses, due to the constancy of the synchronous mutual radial change in the distance of their attachment points from the axis of rotation on the corresponding part of the disks.
Высокотемпературный вращающийся дисковый регенеративный подогреватель рабочего тела энергетической установки для предотвращения деформации его каркаса при работе гибридной силовой или энергетической установки реализуется при помощи выше указанного устройства высокотемпературного вращающегося дискового регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки в следующей последовательности действий и достигает указанных технических результатов и решения поставленной технической задачи.A high-temperature rotating disk regenerative heater of a working fluid of a power plant to prevent deformation of its frame during operation of a hybrid power plant or power plant is implemented using the above device of a high-temperature rotating disk regenerative heater of a working fluid of a power plant in the following sequence of actions and achieves the specified technical results and solution of the technical problem ...
На фиг. 4 показана гибридная микротурбинная установка и примерное распределение температур в ней. Высокотемпературный вращающийся дисковый подогреватель, используемый для гибридной силовой установки, предназначенной преимущественно для использования в составе микротурбинной гибридной силовой установки для генерирования электрического тока, обычно включающей систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, работает следующим образом: после пуска и выхода на рабочий режим через воздушный фильтр воздух поступает в компрессор, где предварительно сжимается и поступает в регенератор или обычный, аналогичный по назначению для микротурбинной установки регенератор в виде холодного воздушного потока, который вводят в ротор вращающегося регенеративного подогревателя с его холодной стороны 15 через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора на его горячую сторону 16 в виде уходящего нагретого воздушного потока, который поступает в микротурбинный двигатель, температура газов на его выходе которого регулируется системой управления по показаниям датчика температуры, например, путем изменения подачи необходимого количества топлива в камеру сгорания. После этого газовый поток вводят с горячей стороны 16 в ротор регенеративного подогревателя через горячий торцевой диск каркаса ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора на холодной стороне 15 в виде уходящего охлажденного газового потока.FIG. 4 shows a hybrid microturbine plant and an approximate temperature distribution in it. A high-temperature rotary disk heater used for a hybrid power plant, intended primarily for use as part of a microturbine hybrid power plant for generating electric current, usually including a system for regulating temperatures and air and gas flows, operates as follows: after starting and reaching the operating mode through air filter air enters the compressor, where it is pre-compressed and enters a regenerator or a conventional regenerator similar in purpose to a microturbine installation in the form of a cold air stream, which is introduced into the rotor of a rotating regenerative heater from its
При этом последовательностью действий при работе дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки реализуется способ предотвращения тепловых деформации формы каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела для энергетической гибридной силовой установки, предназначенный для использования преимущественно в составе гибридной силовой установки для генерирования электрического тока, обычно включающий систему регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков, корпус и установленный в нем ротор, содержащий каркас 1, состоящий из холодного 3 и горячего 2 торцевых дисков, теплообменных ячеек 4 в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и с каналом 5 и его внутренней поверхностью 12 и их точками 8 жесткого крепления к дискам 2 и 3, установленный в корпусе подогревателя с возможностью вращения и попеременного прохождения через него в противотоке, по меньшей мере, одного нагреваемого воздушного потока и, по меньшей мере, одного охлаждаемого газового потока, причем холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а горячий газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, при этом воздушный и газовый потоки разделены на роторе между собой и с каждой внешней стороны горячего и холодного дисков посредством, по меньшей мере, одного радиального 6 и одного окружного 7 уплотнений ротора, размещенных на корпусе (который на фиг. 1 и 2 не показан). Эти признаки полностью повторяют совокупность, свойства и достигаемые в прототипе известные технические результаты, заключающиеся в выравнивании поля температур для поддержания плоской формы по контактным поверхностям горячего и холодного дисков, что может снизить экстремальные значения термических деформаций и повысить равномерность их распределения по указанным поверхностям.In this case, the sequence of actions during the operation of the disk high-temperature rotating regenerative heater of the working fluid of the power plant implements a method for preventing thermal deformation of the shape of the rotor frame of the disk high-temperature rotating regenerative heater of the working fluid for a hybrid power plant, intended for use mainly as part of a hybrid power plant for generating electric current, usually including a system for regulating temperatures and flow rates of air and gas flows, a housing and a rotor installed in it, containing a frame 1 consisting of cold 3 and hot 2 end disks, heat exchange cells 4 in the form of glasses 10 with external hexagonal surfaces 11 and with a channel 5 and its inner surface 12 and their points 8 of rigid attachment to disks 2 and 3, installed in the heater body with the possibility of rotation and alternately passing through it in a counterflow, at least one heated air flow and at least one cooled gas flow, and the cold air flow is introduced into the rotor through the cold end disk 3 of the rotor frame 1, and is removed from it through the hot end disk 2 of the rotor frame 1 in the form of an outgoing heated air flow, and the hot gas flow is introduced into the rotor through the hot end disk 2 of the rotor frame 1 and is discharged through the cold end disk 3 of the rotor frame 1 in the form of an outgoing cooled gas flow, while the air and gas flows are separated on the rotor from each other and from each the outer side of the hot and cold discs by means of at least one radial 6 and one circumferential 7 rotor seals located on the housing (which in Fig. 1 and 2 not shown). These features completely repeat the totality, properties and the known technical results achieved in the prototype, which consist in leveling the temperature field to maintain a flat shape along the contact surfaces of hot and cold disks, which can reduce the extreme values of thermal deformations and increase the uniformity of their distribution over these surfaces.
Для уменьшения деформирующего воздействия перепадов температур на каркас 1 и снижения величин его термических деформаций без необходимости создания сложной структуры охлаждения или условий для выравнивания и стабилизации поля температур по несущим элементам конструкции каркаса 1 необходимо изменить конструкцию каркаса 1 и последовательности действий с ним, приводящих к снижению деформаций каркаса 1. Это достигается за счет использования следующих отличительных признаков предложенного способа.To reduce the deforming effect of temperature drops on the
При этом путем оптимального регулирования расходов и температур потоков, системой оптимального регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков (на фиг. 3 не показана) поддерживают путем регулирования содержания тепла в горячем газе так, чтобы были близкими или с минимальным возможным перепадом температур воздушного и газового потоков на соответствующих частях ротора соответственно у выхода из горячего торцевого диска 2 каркаса 1 ротора нагретого воздушного потока, выходящего через горячий торцевой диск 2 каркаса 1, и у выхода из холодного торцевого диска 3 каркаса 1 ротора охлажденного газового потока, выходящего через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора, в зоне радиальных уплотнений 6 ротора на корпусе, выполненных лабиринтными, и с холодной стороны 15 входящего набегающего холодного воздушного потока и уходящего из ротора охлажденного газового потока через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в зоне радиальных 6 уплотнений ротора на корпусе, выполненных лабиринтными. Системы оптимального регулирования температур и расходов воздушного и газового потоков разнообразны и состоят из общеизвестных устройств регулирования, что не может быть предметом предложенного изобретения. Это позволяет общеизвестными методами и помощью общеизвестных технических средств создать более равномерное поле температур по поверхностям горячего и холодного диска, что является очевидным, так эти действия аналогичны известным действиям в прототипе и являются развитием указанных известных действий. Это возможно вследствие штатной работы газотурбинной гибридной установки в одном оптимальном выбранном режиме работы микротурбинного двигателя. При этом следует отметить, что равномерность распределения температур по горячему 2 и холодному 3 дискам может быть правильно организована путем оптимального выбора конструкции каркаса 1, теплообменных ячеек 4, их теплофизических и теплообменных характеристик и времени теплообмена (контакта), чем выше их эффективность, тем ближе будут начальные и конечные температуры поверхностей горячего 2 и холодного 3 дисков соответственно для нагреваемого воздушного потока и соответственно охлаждаемого газового потока, так как холодный воздушный поток вводят в ротор через холодный торцевой диск 3 каркаса ротора, а выводят из него через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора в виде уходящего нагретого воздушного потока, а газовый поток вводят в ротор через горячий торцевой диск 2 каркаса 1 ротора и выводят через холодный торцевой диск 3 каркаса 1 ротора в виде уходящего охлажденного газового потока, в результате чего эти потоки, чем больше отдают и получают тепла от теплопередающих ячеек, и соответственно тем ближе будут температуры воздуха и газа в частях потоков, проходящих соответственно через горячий 2 и холодный 3 торцевые диски каркаса 1.At the same time, by optimally regulating the flow rates and temperatures of the flows, the system for optimal regulation of temperatures and flow rates of the air and gas flows (not shown in Fig. 3) is maintained by regulating the heat content in the hot gas so that they are close or with the minimum possible temperature difference between the air and gas flows on the corresponding parts of the rotor, respectively, at the exit from the
При правильном выборе соотношения коэффициентов линейного расширения материалов холодного 3 и горячего 2 торцевых дисков, которое выбирают обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков 2 и 3, при этом теплообменные ячейки 4 выполняют в виде стаканов 10, каждый из которых имеет внешнюю шестигранную поверхность 11 и внутренний канал 5 и устанавливают между торцевыми дисками 2 и 3, по меньшей мере с одной точкой 8 жесткого крепления на каждом диске 2 или 3, а, по меньшей мере, каждые две точки 8 жесткого крепления стаканов 10 на соседних дисках 2 или 3 располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной и/или тангенциальной к ней плоскости сечения дисков 2 и 3, проходящей через ось симметрии каждого стакана 10, а зазор между стаканами 10 выбирают с возможностью их свободного взаимного расширения при максимальной рабочей температуре. Эти признаки позволяют при одинаковых (как в аналогах и прототипе) температурах на поверхностях горячего 2 и холодного 3 дисков получить одинаковые линейные расширения, соответственно малое для большей рабочей температуры горячего диска 2, то есть при высокой рабочей температуре за счет малого коэффициента линейного расширения его материала с получением относительно малого линейного расширения (изменения линейного размера) и при меньшей рабочей температуре получить относительно большое линейное расширение холодного диска 3 с более высоким коэффициентом линейного расширения материала стаканов 10, которые в результате воздействия разного значения температур приведут почти к одинаковому линейному расширению горячего 2 и холодного 3 дисков соответственно для их выбранных или рассчитанных рабочих температур. При правильном выборе коэффициентов линейного расширения материалов холодного 3 и горячего 2 торцевых дисков обратно пропорциональным отношению приростов средних рабочих температур дисков их абсолютные линейные увеличения размеров при температурах расчетных, полученных по результатам теплофизического расчета, или рабочих, подобранных опытным путем, будут практически одинаковыми, а общие грибообразные деформации формы каркаса 1 будут минимальными, так что первоначальная цилиндрическая форма каркаса не изменится.With the correct choice of the ratio of the coefficients of linear expansion of the materials of the cold 3 and hot 2 end disks, which is chosen inversely proportional to the ratio of the increases in the average operating temperatures of the
Хотя очевидно, что при этом в сравнении с холодным состоянием из-за рабочего нагрева и термического расширения общие габаритные размеры каркаса 5 ротора изменятся.Although it is obvious that in this case, in comparison with the cold state, due to the working heating and thermal expansion, the overall dimensions of the
К описанным ранее особенностям конструкции для повышения эффективности теплообмена и для предотвращения тепловых деформаций каркаса ротора дискового высокотемпературного вращающегося регенеративного подогревателя рабочего тела энергетической установки можно отнести то, что теплообменные ячейки 4 каркаса 1 ротора выполняют в виде стаканов 10 с внешними шестигранными поверхностями 11 и каналом 5 с внутренней поверхностью 12 и устанавливают между горячим 2 и холодным 3 торцевыми дисками, по меньшей мере с одной точкой 8 жесткого крепления на каждом диске 2 или 3, а, по меньшей мере, каждые две точки 8 жесткого крепления стаканов 10 на соседних дисках 2 и 3 располагают в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной к ней плоскости сечения дисков 2 или 3, и проходящей через ось симметрии каждого стакана 10, то этим достигается устранение воздействие тепловых деформаций теплообменных ячеек 4, выполненных в виде стаканов 10, на торцевые диски 2 и 3 даже при весьма значительном перепаде температур по длине каждого стакана 10 теплообменной ячейки, так как торцевые поверхности стаканов 10, соприкасающиеся с соответствующим диском 2 или 3 имеют возможность свободного линейного расширения и это не вызывает деформацию дисков 2 и 3. Расположение точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 и 3 в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в радиальной плоскости сечения, проходящей через ось вращения дисков 2 или 3 в радиальном направлении, позволяет достичь минимального перепада температур между указанными точками, так как эти точки дисков 2 или 3 из-за радиального расположения радиальных 6 уплотнений 7 ротора одновременно начинают подвергаться воздействию холодного воздуха или горячего газа и будут находиться в близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена даже если будут попарно выполнены на каждом диске 2 или 3 они будут находиться на одном диске. Расположение точек 8 жесткого крепления стаканов 10 теплообменных ячеек 4 на соседних дисках 2 или 3 в диаметральной плоскости сечения их оснований, расположенной в тангенциальной к ней плоскости сечения дисков 2 и 3, т.е. в плоскости перпендикулярной радиальной плоскости его сечения в одном направлении предпочтительно центрально симметрично, позволяет достичь минимального линейного удлинения вследствие наличия перепада температур между указанными точками, так как эти точки расположены в близких или одинаковых условиях воздействия воздуха или газа для выбранной внутренней поверхности 12 каждой теплообменной ячейки 4 и будут находиться в относительно близких температурных условиях в течение всего процесса теплообмена, потому что часть потока воздуха или газа, находящаяся в указанном канале теплообменной ячейки будет иметь с учетом проходящего теплообмена с термоаккумулирующим веществом 14 практически одинаковое распределение температур по внутренней поверхности 12 и по длине канала 5, вследствие чего термические деформации линейных размеров и формы каждой ячейки 4 в отдельности и всех ячеек вместе не приведут к изменению формы каркаса 1 с получением грибообразной деформации, а вызовут лишь соответствующий поворот одного торцевого диска 2 или 3 относительно другого.The previously described design features to improve the efficiency of heat transfer and to prevent thermal deformations of the rotor frame of the disk high-temperature rotating regenerative heater of the working fluid of the power plant can be attributed to the fact that the heat exchange cells 4 of the frame 1 of the rotor are made in the form of glasses 10 with external hexagonal surfaces 11 and channel 5 s inner surface 12 and installed between hot 2 and cold 3 end disks, with at least one point 8 of rigid attachment on each disc 2 or 3, and at least every two points 8 of rigid attachment of glasses 10 on adjacent discs 2 and 3 positioned in the diametrical plane of the section of their bases, located in the radial plane of the section of the disks 2 or 3, and passing through the axis of symmetry of each glass 10, then this is achieved by eliminating the effect of thermal deformations of the heat exchange cells 4, made in the form of glasses 10, on the end disks 2 and 3 even with very a significant temperature difference along the length of each glass 10 of the heat exchange cell, since the end surfaces of the glasses 10 in contact with the corresponding disc 2 or 3 have the possibility of free linear expansion and this does not cause deformation of the discs 2 and 3. The location of the
Шестигранная форма внешней поверхности 11 стаканов 10 выбрана для упрощения выбора и контроля зазоров между ними и их «плотной упаковки» (распределения по сечению торцевых дисков 2 и 3 каркаса 1).The hexagonal shape of the
При этом движение потоков воздуха и газов с близкими температурами в зоне радиальных уплотнений 6 ротора вращающегося дискового подогревателя, размещенных на корпусе, и выполнение этих уплотнений лабиринтными, при указанных выше условиях позволяет достичь минимального зазора и эффективного бесконтактного уплотнения, что должно улучшить качество их работы.At the same time, the movement of air and gas streams with close temperatures in the area of the
Выполнение всех зазоров 9 между внешними шестигранными поверхностями 11 стаканов каркаса 1 вращающегося дискового подогревателя по каждой из шести внешних граней каждой внешней шестигранной поверхности 11 каждого стакана 10 может быть одинаковым или расчетным по точке 8 жесткого крепления стакана 10. Зазоры 9 между стаканами 10 в любом случае выбирают из условия возможности обеспечения свободного взаимного радиального расширения каждого стакана 10 в направлении выбранной грани и еще возможного поворота вокруг оси стакана 10 или точки 8 его жесткого крепления, относительно деформированных таким же образом других стаканов 10 каркаса 1 при его максимальной рабочей температуре без появления возможности их взаимного контакта и/или возможности деформации формы каркаса 1.The execution of all
Для снижения возможных перетечек воздуха и газа через технологические установочные зазоры между стаканами 10 и дисками 2 и 3 в зазор 9 торцевые поверхности стаканов 10 и диски 2 и 3 между собой могут быть уплотнены любым известным способом при помощи известных средств и известных термостойких герметизирующих составов, позволяющих осуществить взаимные линейные нормальные и тангенциальные смещения указанных деталей в пределах, выбранных или рассчитанных зазоров.To reduce possible overflows of air and gas through the technological installation gaps between the
На основании изложенного можно утверждать следующее.Based on the above, the following can be stated.
Поставленная техническая задача решается техническими средствами и может быть использована в предложенном виде в народном хозяйстве, следовательно, предложение соответствует критерию изобретения «промышленная применимость».The technical problem posed is solved by technical means and can be used in the proposed form in the national economy, therefore, the proposal meets the criterion of the invention "industrial applicability".
Предложение имеет отличия от известного способа работы, следовательно, соответствует критерию изобретения «новизна».The proposal differs from the known method of operation, therefore, meets the criterion of the invention "novelty".
Предложение при выполнении всех известных и новых действий способа позволяет достичь новых, ранее неизвестных технических результатов, следовательно, соответствует критерию изобретения «изобретательский уровень».The proposal, when performing all known and new actions of the method, allows to achieve new, previously unknown technical results, therefore, meets the criterion of the invention "inventive step".
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122976A RU2744588C1 (en) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Method for preventing thermal deformations of rotor frame of disc high-temperature rotating regenerative heater of working fluid of power plant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020122976A RU2744588C1 (en) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Method for preventing thermal deformations of rotor frame of disc high-temperature rotating regenerative heater of working fluid of power plant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2744588C1 true RU2744588C1 (en) | 2021-03-11 |
Family
ID=74874287
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020122976A RU2744588C1 (en) | 2020-07-06 | 2020-07-06 | Method for preventing thermal deformations of rotor frame of disc high-temperature rotating regenerative heater of working fluid of power plant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2744588C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146034C1 (en) * | 1994-08-11 | 2000-02-27 | Стор Хит энд Продьюс Энерджи, Инк. | Heat accumulating device for motor vehicle interior |
RU2296930C1 (en) * | 2005-07-22 | 2007-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Method for cooling of frame of rotary plate heat exchanger and device for its realization |
RU2388982C2 (en) * | 2005-10-10 | 2010-05-10 | Эмджи Инновейшнз Корп. | Heat exchange device (versions) |
RU2441188C1 (en) * | 2009-05-28 | 2012-01-27 | Балке-Дюрр Гмбх | Method to adjust sealing gap in regenerative heat exchanger depending on temperature, heat-controlled adjustment device for its realisation and regenerative heat exchanger |
RU2623133C1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | System of heat exchange in small-sized gas-turbine energy installations (microturbines) with rotating rotary regenerative heat exchanger |
CN206903768U (en) * | 2017-04-28 | 2018-01-19 | 西安交通大学 | A kind of residual heat of tail gas of automobile recycle device |
CN208764939U (en) * | 2018-03-30 | 2019-04-19 | 苏州巨联环保有限公司 | A kind of rotary heat storage burner and three-box type heat storage burner |
-
2020
- 2020-07-06 RU RU2020122976A patent/RU2744588C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2146034C1 (en) * | 1994-08-11 | 2000-02-27 | Стор Хит энд Продьюс Энерджи, Инк. | Heat accumulating device for motor vehicle interior |
RU2296930C1 (en) * | 2005-07-22 | 2007-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технический университет "МАМИ" | Method for cooling of frame of rotary plate heat exchanger and device for its realization |
RU2388982C2 (en) * | 2005-10-10 | 2010-05-10 | Эмджи Инновейшнз Корп. | Heat exchange device (versions) |
RU2441188C1 (en) * | 2009-05-28 | 2012-01-27 | Балке-Дюрр Гмбх | Method to adjust sealing gap in regenerative heat exchanger depending on temperature, heat-controlled adjustment device for its realisation and regenerative heat exchanger |
RU2623133C1 (en) * | 2016-06-07 | 2017-06-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский политехнический университет" | System of heat exchange in small-sized gas-turbine energy installations (microturbines) with rotating rotary regenerative heat exchanger |
CN206903768U (en) * | 2017-04-28 | 2018-01-19 | 西安交通大学 | A kind of residual heat of tail gas of automobile recycle device |
CN208764939U (en) * | 2018-03-30 | 2019-04-19 | 苏州巨联环保有限公司 | A kind of rotary heat storage burner and three-box type heat storage burner |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3736747A (en) | Combustor | |
US7993097B2 (en) | Cooling device for a stationary ring of a gas turbine | |
JP2016196881A (en) | Heat pipe temperature management system for turbomachine | |
RU2358190C1 (en) | Hydrogen high-temperature steam generator with combined evaporation cooling of mixing chamber | |
Song et al. | Heat transfer enhancement in tubular heater of Stirling engine for waste heat recovery from flue gas using steel wool | |
RU2613100C2 (en) | Gas turbine (versions) and method of gas turbine operation | |
Deng et al. | Experimental investigation on thermal and combustion performance of a combustor with microchannel cooling | |
RU2744588C1 (en) | Method for preventing thermal deformations of rotor frame of disc high-temperature rotating regenerative heater of working fluid of power plant | |
CN104359127A (en) | Channel type cooling structure of flame tube in combustion chamber of gas turbine | |
GB849255A (en) | Method of and arrangements for cooling the walls of combustion spaces and other spaces subject to high thermal stresses | |
US20140193274A1 (en) | Fuel-cooled bladed rotor of a gas turbine engine | |
JP7114764B2 (en) | radiative syngas cooler | |
US8893507B2 (en) | Method for controlling gas turbine rotor temperature during periods of extended downtime | |
WO2021082523A1 (en) | Heat exchange method, and heat exchange mechanism and heat exchanger using same | |
RU2744926C1 (en) | High-temperature rotating disc regenerative heater of working fluid of power plant | |
RU2716638C1 (en) | Method of preventing deformation of high-temperature rotary disc heat exchanger | |
CN204254676U (en) | A kind of cooling structure of gas-turbine combustion chamber burner inner liner | |
RU163785U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE TURBINE NOZZLE DEVICE | |
US8047000B2 (en) | Gas turbine combustion chamber | |
CN112082176A (en) | Combustion chamber structure of micro turbojet engine | |
RU2716640C1 (en) | Silicone seals of high-temperature rotary disc heat exchanger | |
RU2716636C1 (en) | Method of compensation of deformation of high-temperature rotary disc heat exchanger | |
RU2716639C1 (en) | High-temperature rotary disc heat exchanger | |
FR3091900B1 (en) | TURBOMACHINE INCLUDING A HEAT EXCHANGE AND ELECTRICAL ENERGY PRODUCTION PANEL | |
Romakhova | Effect of coolant flow rate on the performance of gas-turbine units |