Випаровувач комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів

Реферат: Випаровувач комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів для розхолоджування енергетичного устаткування містить циліндричний корпус з трубною дошкою в ньому, в отвори трубної дошки встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, закриті знизу денцями, а внутрішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня трубної дошки покриті гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випаровувача. Як матеріал капілярно-пористої структури використано нержавіючу сталь. UA 102028 U (12) UA 102028 U UA 102028 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі теплотехніки і може бути використана при розробці систем теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів. Відомий пристрій випаровувально-конденсаційного типу [авторське свідоцтво СРСР № 1449286 "Способ изготовления тепловой трубы", МПК В23К 20/14, опубл. 07.01.1989] містить циліндричний титановий корпус, на внутрішній поверхні якого встановлено та приварено у вакуумі шляхом дифузійного зварювання капілярно-пористу структуру з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з корпусом, а саме з міді. Цей пристрій належить до комбінованих систем теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу внаслідок використання як матеріал корпусу титану, а капілярної структури - міді. Вибір титану як матеріал корпусу пристрою дозволяє використати його низьку густину та високі механічну міцність, корозійну стійкість, питому міцність (відношення міцності до густини). Застосування пари титан-мідь дозволяє використовувати в даному пристрої теплоносії, сумісні з міддю та титаном або його сплавами. Недоліком цього відомого пристрою є те, що застосування міді як матеріал для виготовлення капілярної структури обмежує перелік теплоносіїв, що можуть застосовуватися в комбінованій системі теплопередачі титан-мідь, і, відповідно, обмежує температурний інтервал застосування цього пристрою. Крім того, теплопередаюча здатність такого пристрою випаровувально-конденсаційного типу є відносно невеликою і для передачі великих теплових потоків, зокрема при застосуванні таких пристроїв для розхолоджування енергетичного устаткування, наприклад активної зони ядерного реактора (для реактора ВВЕР-1000 через 1 годину після спрацьовування аварійного захисту потужність залишкового тепловиділення складає 42 МВт, через 3 години - 29 МВт), застосування таких пристроїв відносно невеликої теплопередаючої здатності (одиниці кВт) є малоефективним внаслідок великої маси і габаритів скомпонованої з пакету таких пристроїв системи теплопередачі. Найближчим за технічною суттю до пропонованого технічного рішення є "Випаровувач комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів" [див. книгу А.Н.Гершуни, А.П. Нищик, Е.Н. Письменный. "Системы теплопередачи испарительно-конденсационного типа для атомных энерготехнологий." - К.: Наукова думка, 2012, с. 146-148, рис. 5.6, б], що містить циліндричний корпус з трубною дошкою в ньому, в отвори трубної дошки встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, закриті знизу денцями, а внутрішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня трубної дошки покриті гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випаровувача. Як матеріал капілярно-пористої структури використовується мідь. Випаровувач даної комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів за рахунок компактних розмірів дозволяє забезпечити передачу до ділянки конденсації цієї системи теплопередачі такий тепловий потік, що значно перевищує за величиною сумарний тепловий потік, що може передаватися при набиранні системи теплопередачі з окремих пристроїв теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу відповідно технічному рішенню-аналогу, в тих же габаритах та при меншій масі. Недоліком прототипу є обмеження переліку теплоносіїв, що можуть застосовуватися у випаровувачі комбінованої системи теплопередачі титан-мідь і, відповідно, вузький температурний інтервал застосування цієї системи теплопередачі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення випаровувача комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів, який за рахунок використання нового матеріалу капілярної структури дозволить забезпечити збільшення переліку використовуваних теплоносіїв і розширення температурного діапазону використання цієї системи теплопередачі при збереженні її високої теплопередаючої здатності. Поставлена задача вирішується тим, що у випаровувачі комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів, що містить циліндричний корпус з трубною дошкою в ньому, в отвори трубної дошки встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, закриті знизу денцями, а внутрішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня трубної дошки покриті гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випаровувача, згідно з корисною моделлю новим є те, що як матеріал капілярнопористої структури використано нержавіючу сталь. Використання як матеріалу капілярно-пористої структури нержавіючої сталі забезпечує збільшення переліку теплоносіїв низькотемпературного діапазону, які можуть застосовуватися в комбінованих системах теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів внаслідок їх сумісності з цими матеріалами випаровувача системи теплопередачі, а саме: метанол, аміак, вода (при спеціальній її обробці) [див. книгу "Тепловые трубы с 1 UA 102028 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 металловолокнистыми капиллярными структурами" / М.Г.Семена, А.Н.Гершуни, В.К.Зарипов. К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984, с. 14], а також і можливість використовувати в даній системі теплопередачі теплоносії середньо- та високотемпературного діапазону, а саме: суміш натрійкалій, ртуть, рідкі сплави важких металів [див. книгу Чечеткин А.В. "Высокотемпературные теплоносители." - М.: Энергия, 1971, с. 33-40, табл. 1-7, 1-8, 1-9]. Відповідно із використанням збільшеного переліку теплоносіїв здійснюється розширення температурного діапазону використання випаровувача цієї системи теплопередачі. Одночасно зберігається висока теплопередаюча здатність системи теплопередачі, характерна для випаровувальноконденсаційних систем. Технічна суть та принцип дії пропонованого випаровувача комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів пояснюється кресленням. На кресленні зображено повздовжній переріз випаровувача комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів. Випаровувач комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів містить циліндричний корпус 1 з титану або його сплавів з штуцерами 2 та 3 для входу та виходу гріючої води відповідно, з дном 4 та кришкою 5. В корпусі 1 у його верхній частині встановлено трубну дошку 6, яка ділить внутрішній об'єм корпусу 1 на дві частини: нижню - робочу камеру 7 та верхню - паровий колектор 8. В отвори трубної дошки 6 встановлено та приварено торці труб 9 системи теплопередачі, герметично заглушені з іншої сторони денцями 10. Внутрішня поверхня труб 9 покрита капілярно-пористою структурою 11, а верхня поверхня трубної дошки 6 покрита розподілювальною капілярно-пористою структурою 12, які мають гідравлічний зв'язок між собою. У отвір кришки 5 герметично вварено коаксіальну трубу 13 роздільного зустрічного руху пари і конденсату, що містить конденсатопровід 14 в центральній частині перерізу коаксіальної труби 13 і паропровід кільцевого типу 15 в периферійній частині коаксіальної труби 13. Конденсатопровід 14 виконано наближеним до розподілювальної капілярно-пористої структури 12 на верхній поверхні трубної дошки 6. Вільний від капілярно - пористої структури 11 внутрішній простір труб 9 системи теплопередачі складає парові канали цих труб 16. Продовженням парових каналів 16 є отвори 17 в розподілювальній капілярно-пористій структурі 12, причому діаметри поперечного перерізу парових каналів 16 і отворів І 7 рівні. Ці отвори 17 з'єднують парові канали 16 з паровим колектором 8 та призначені для виходу пари з труб 9. Капілярно-пориста структура 18, що є продовженням капілярно пористої структури 11 поза межами труб 9, заглиблена в капілярно - пористу структуру 12 на її неповну товщину для утворення гідравлічного зв'язку між капілярно-пористими структурами 11 та 12. Ця капілярно-пориста структура 18 призначена для забезпечення всмоктування в неї конденсату з розподілювальної капілярно-пористої структури 12 та його транспортування до капілярно-пористої структури 11. Випаровувач комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів працює наступним чином. Після виготовлення випаровувача з використання методу дифузійного зварювання перевіряють його герметичність разом з конденсатором (на кресленні не показаний), заповнюють частину внутрішнього об'єму труб 9 системи теплопередачі теплоносієм та підключають випаровувач за допомогою штуцерів 2 і 3 до енергетичного устаткування, що підлягає розхолоджуванню. Гріюча вода, за допомогою якої відбувається розхолоджування енергетичного устаткування (ця вода одночасно є охолоджуючою водою стосовно активної зони ядерного реактора), циркулює зовні труб 9 системи теплопередачі та нагріває їх. Пара, що утворюється в капілярній структурі 11 на внутрішній поверхні труб 9 системи теплопередачі, потрапляє в парові канали 16 цих труб, далі крізь отвори 17 в розподілювальній капілярнопористій структурі 12 надходить в паровий колектор 8 та по паропроводу 15 кільцевого типу направляється до конденсатора (на кресленні не показаний) системи теплопередачі, переносячи за рахунок прихованої теплоти пароутворення підведений до труб 9 тепловий потік. Конденсатор являє собою систему з'єднаних між собою гладкостінних труб, що омиваються водою кінцевого поглинача теплоти (наприклад природної водойми) або систему з'єднаних між собою оребрених труб, що обдуваються атмосферним повітрям шляхом природної або вимушеної конвекції. Сконденсований у конденсаторі теплоносій повертається по конденсатопроводу 14 до парового колектора 8 випаровувача. Розміщення нижнього торця конденсатопроводу 14 наближеним до розподілю вальної капілярно-пористої структури 12 забезпечує блокування винесення конденсату зустрічним потоком пари, що надходить у паровий колектор 8 з парових каналів 16 труб 9 системи теплопередачі крізь отвори 17 у капілярно-пористій структурі 12. Конденсат всмоктується розподілювальною капілярно 2 UA 102028 U 5 10 15 пористою структурою 12, по якій надходить до капілярно-пористої структури 18, яка забезпечує надходження конденсату до капілярно-пористої структури 11 на внутрішній поверхні труб 4 системи теплопередачі. Далі процес повторюється. Сучасні тенденції підвищення безпеки ядерних енергетичних реакторів передбачають створення та впровадження нових систем безпеки пасивного типу, до яких належить комбінована система теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів, частиною якої є пропонований випаровувач, і функціонування якої не залежить від дій персоналу, наявності живлення та працездатності активних систем захисту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Випаровувач комбінованої системи теплопередачі випаровувально-конденсаційного типу з титану та його сплавів для розхолоджування енергетичного устаткування, що містить циліндричний корпус з трубною дошкою в ньому, в отвори трубної дошки встановлено та приварено торці труб системи теплопередачі, закриті знизу денцями, а внутрішня поверхня труб системи теплопередачі та верхня поверхня трубної дошки покриті гідравлічно сполученою між собою капілярно-пористою структурою з матеріалу, що утворює нероз'ємне з'єднання з матеріалом випаровувача, який відрізняється тим, що як матеріал капілярно-пористої структури використано нержавіючу сталь. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3