Соединительный элемент входной и выходной зон теплообменного нагревателя с выходом и входом коллекторов нагреваемой среды (варианты)

Авторы патента:

F04D29/40 - кожухи; патрубки для текучей среды

Полезная модель относится к соединительным элементам входной и выходной зон теплообменных нагревателей с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды - воды, газа и пара и может найти широкое применение в различных отраслях промышленности, где осуществляется подогрев жидкостей, газов и их смесей.

В первом варианте (фиг.1) соединительный элемент представляет собой гнутое колено 1 в виде трубчатого канала, имеющего в 1, 5-3 раза большую толщину, чем труба теплообменника, и внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру трубы теплообменного элемента. Во втором варианте (фиг.2) соединительный элемент представляет собой гнутое колено 1 в виде трубчатого канала с упрочняющей вставкой 2, которая может выступать за пределы гнутого колена и быть выполнена с возможностью введения ее в трубу теплообменного элемента.

В обоих вариантах на чертежах показан соединительный элемент с углом гиба 90°, но на практике угол гиба, в зависимости от необходимости, может быть любым.

При таком выполнении внутренние диаметры змеевика и гнутого колена полностью совпадают, и нет никакого сопротивления для прохождения питательной воды, а увеличение толщины стенки колена в первом варианте или наличие упрочняющей вставки в соединительном элементе во втором варианте позволяет избежать основных причин разрушения именно на этом участке змеевика.

Кроме того, отпадает необходимость в приобретении новых змеевиков, т.к появляется возможность использования старых змеевиков с заменой только забракованного по толщине стенки или уже разрушенного соединительного элемента на толстостенное гнутое колено или на гнутое колено с упрочняющей вставкой. Это делает конструкцию более экономичной, т.к. стоимость одного нового змеевика намного выше стоимости одного гнутого колена.

3 п.ф., 3 ил.

Известно, что в зоне приварки змеевиков теплообменника к входным коллекторам в турбинах, водонагревателях, турбомашинах, двигателях внутреннего сгорания очень часто происходит разрушение их из-за максимального воздействия рабочей среды - высокого давления и температуры. Разрушения происходят, в основном, по трем причинам:

- некачественный сварной шов приварки змеевика к коллектору подогревателя высокого давления по причине наличия внутренних недопустимых дефектов и подрезов на основном металле, которые уменьшают толщину стенки трубы и вызывают концентрацию напряжении в этом месте;

- перегрев околошовной зоны на трубе во время сварки. Это происходит по причине малой толщины стенки змеевика (4-5 мм) и завышенного катета углового шва, который сварщик вынужден накладывать из-за большой разницы толщин стенок коллектора и змеевика. Вследствие перегрева появляются изменения в структуре металла, приводящие к разупрочнению околошовной зоны змеевика;

- эрозионный износ и износ при транспортировке жидкостей и газов с примесями твердых частиц, и как результат - утонение стенки ниже допустимого (3 мм) на растянутой зоне и прямом участке первого гиба длиной около 200 мм. В этом случае возможно влияние некачественной сборки во время монтажа нового змеевика. Переломы и отклонения угла установки его по отношению к коллектору, вызывают повышенный эрозионный износ гиба. Известен соединительный элемент, описанный в п. РФ №2263814 «Турбина», по кл. F013B 3/02, 5/00, з. 21.10.01, оп. 10.11.03.

Известный соединительный элемент представляет собой входной патрубок, который выполнен тангенциальным, имеет прямоугольное сечение и снабжен

осевым спиральным направляющим элементом с возможностью тангенциальной подачи рабочего тела на стенку стакана вблизи его рабочего конца.

Недостатком известного соединительного элемента является сложность конструкции.

Известен соединительный элемент нагнетателя природного газа, описанный в одноименном патенте РФ №2266436 по кл. F04D 29/40, з. 13.02004, оп. 20.12.05.

Известный соединительный элемент в виде входного патрубка состоит из входного цилиндрического участка, сужающейся конической части (конфузора), цилиндрической горловины и диффузора, соединенных последовательно, и содержит датчики давления и температуры, а размеры составных элементов патрубка связаны между собой следующими соотношениями: длина входного цилиндрического участка равна не менее 4-х его диаметров, диаметр цилиндрической горловины равен 0,6...0,7 диаметра входного цилиндрического участка; длина цилиндрической горловины равна 1..1,5 ее диаметрам, датчики давления на входном цилиндрическом размещены на расстоянии, равном 0,8..0,9 его диаметра от входа в конфузор, а датчики давления на цилиндрической горловине размещены на расстоянии, равном 0,5..0,6 ее диаметра, от ее входа.

Недостатком известной конструкции является ее сложность.

Известны соединительные элементы входной и выходной зон теплообменных труб нагревателя, описанная в п. РФ №2228502 по кл., з.

Известные соединительные элементы представляют собой съемные патрубки, соединяющие рабочие полости каждой из теплообменных труб нагревателя с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды.

Недостаток известных соединительных элементов заключается в том, что каждая труба теплообменника имеет соединительный элемент, что сложно и дорого.

Известен водонагреватель с впускным и выпускным устройствами, описанный в з. РФ №2005128603 и выбранный в качестве прототипа.

В известном нагревателе выпускное устройство содержит по меньшей мере один проходящий вдоль наружной стороны кольца нагревательной секции выпускной канал и выпускное отверстие, поперечное сечение которого меньше

поперечного сечения нагревательной секции, а подвод расположен на наружной стороне кольца нагревательной секции и от подвода до патрубка пролегает проходящий над прерыванием подводящий канал, который выполнен в виде вставной детали. При этом нагревательная секция по ходу кольца имеет прерывание, определяющее два раздельных начала трасс потока и в ней предусмотрены два разветвляющихся из впускного канала раздельных впускных тракта к началам трасс потока нагревательной секции.

Недостатком известного соединительного элемента является его ненадежность, обусловленная изложенными выше причинами.

Задачей является повышение надежности соединительного элемента.

Поставленная задача решается тем, что:

- в первом варианте соединительный элемент входной и выходной зон теплообменного элемента нагревателя с выходом и входом коллекторов нагреваемой среды, представляющий собой трубчатый канал, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, выполнен в виде гнутого колена из стали, но в 1,5-3 раза большей толщины, чем труба теплообменника, имеющего внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру теплообменного элемента;

- во втором варианте соединительный элемент входной и выходной зон теплообменного элемента нагревателя с выходом и входом коллекторов нагреваемой среды, представляющий собой трубчатый канал, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, выполнен в виде гнутого колена из стали с упрочняющей вставкой, имеющей внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру змеевика.

При этом упрочняющая вставка может выступать за пределы гнутого колена и иметь возможность входить внутрь трубы теплообменного элемента.

Кроме того, отпадает необходимость в приобретении новых змеевиков, т.к. появляется возможность использования старых змеевиков с заменой только забракованного по толщине стенки или уже разрушенного соединительного

элемента на толстостенное гнутое колено или на гнутое колено с упрочняющей вставкой. Это делает конструкцию более экономичной, т.к. стоимость одного нового змеевика намного выше стоимости одного гнутого колена.

При этом уменьшается время простоя подогревателя высокого давления из-за аварийного останова, т.к. уменьшается время ремонта для замены разрушенного участка в связи с тем, что отпадает необходимость полного демонтажа змеевика. Вырезку гиба, сборку и сварку гнутого колена можно производить сразу по месту. Это приводит к уменьшению потерь мощности турбины. Так, хотя официальный срок службы змеевика равен 3 года, но из-за упомянутых выше причин в зоне приварки змеевиков теплообменника к входным коллекторам в турбинах, водонагревателях, турбомашинах очень часто (примерно раз в 3-6 месяцев) происходит разрушение их из-за максимального воздействия рабочей среды - высокого давления и температуры. Использование заявляемого соединительного элемента обеспечивает срок его службы в 3-4 раза.

Технический результат - повышение надежности за счет упрочнения соединительного элемента.

Заявляемый соединительный элемент в обоих вариантах его выполнения обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него в первом варианте выполнением соединительного элемента более толстостенным, а во втором варианте - с упрочняющей вставкой, обеспечивающим достижение заданного результата.

Заявляемый соединительный элемент в обоих вариантах его выполнения может найти широкое применение в различных отраслях промышленности, где осуществляется подогрев жидкостей, газов и их смесей, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».

Полезная модель иллюстрируется чертежами, где показано на:

- фиг.1 - выполнение соединительного элемента в первом варианте;

- фиг.2 - выполнение соединительного элемента во втором варианте;

фиг.3 - общий вид соединительного элемента в системе подогрева. В первом варианте (фиг.1) соединительный элемент представляет собой гнутое колено 1 в виде трубчатого канала, имеющего стенку в 1,5-3 раза большую толщину, чем стенка трубы теплообменного элемента, и внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру трубы теплообменного элемента.

Во втором варианте (фиг.2) соединительный элемент представляет собой гнутое колено 1 в виде трубчатого канала с упрочняющей вставкой 2,

имеющей внутренний диаметр, равный или меньше, чем внутренний диаметр трубы теплообменного элемента. В некоторых случаях упрочняющая вставка 2 может выступать за пределы гнутого колена 1 и выполнена с возможностью введения ее внутрь трубы теплообменного элемента. Это обеспечивает удобство монтажа и улучшает качество сварки, так как вставка 2 выполняет роль подкладки, позволяя исключить прожоги и подрезы, протекание металла внутрь трубы и защитить сварное соединение изнутри в процессе эксплуатации.

На фиг.3 показаны (утолщенными линиями) места подключения соединительных элементов 1 к турбине, где цифрами 3-7 обозначены коллекторы, витками 8 показаны змеевики турбины.

Использование соединительного элемента осуществляется следующим образом. В случае необходимости замены его вырезают, берут новый соединительный элемент, собирают и сваривают конструкцию. В сравнении с прототипом заявляемый соединительный элемент является более надежным.

1. Соединительный элемент входной и выходной зон теплообменного элемента нагревателя с входом и выходом коллекторов нагреваемой среды, представляющий собой трубчатый канал, отличающийся тем, что он выполнен в виде гнутого колена из стали, но в 1,5-3 раза большей толщины, чем труба теплообменника, имеющего внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру теплообменного элемента.

2. Соединительный элемент входной и выходной зон теплообменного элемента нагревателя с коллекторами входа и выхода нагреваемой среды, представляющий собой трубчатый канал, отличающийся тем, что он выполнен в виде гнутого колена из стали с упрочняющей вставкой, имеющей внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру змеевика.

3. Соединительный элемент по п.2, отличающийся тем, что упрочняющая вставка выступает за пределы гнутого колена и выполнена с возможностью введения ее в теплообменный элемент.

Устройство комплексного использования гидротермальных (или вторичных) энергетических и минерально-сырьевых ресурсов // 110826