Конденсатор

Реферат: Конденсатор містить поверхню конденсації у вигляді пучка профільних труб. Профільні труби виконано краплеподібними у поперечному перерізі. UA 116108 U (12) UA 116108 U UA 116108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергетики і може бути використана при розробці конденсаторів для конденсації пари на теплових та атомних електростанціях. Відомий конденсатор, що містить поверхню конденсації у вигляді пучка труб. Труби круглого поперечного перерізу закріплено горизонтально в трубних дошках всередині корпусу [1]. Недоліком відомого конденсатора є те, що при конденсації пари на горизонтальних трубах внаслідок дії сил поверхневого натягу відбувається капілярне утримування конденсату в нижній кормовій частині труби. Цей шар конденсату на кілька порядків перевищує товщину шару конденсату на іншій частині теплообмінної труби, що суттєво збільшує сумарний термічний опір та знижує тепловіддачу горизонтальної труби, тобто зменшує продуктивність конденсатора (зменшує теплову потужність конденсатора). Величина кута сектора затоплення нижньої частини горизонтальної труби φ0 залежить від теплофізичних властивостей конденсату та діаметра труби d. В діапазоні змінювання діаметра горизонтальної круглої в поперечному перерізі труби від 16 мм до 40 мм кут затоплення її кормової частини відповідно змінюється в діапазоні від 22° до 60° (для води). Аеродинамічний опір пучка труб круглого поперечного перерізу складає значні величини, що приводить до високого парового опору конденсатора. Найближчим за технічною суттю до пропонованого технічного рішення є конденсатор, що містить поверхню конденсації у вигляді пучка профільних труб. Профільні труби виконано трикутними у поперечному перерізі та розміщено в ряд в одній площині, а між трубами пучка утворено канавки шляхом подовження їх сторін [2]. Недоліком прототипу є невисокий рівень продуктивності, що визначається відносно невеликою теплообмінною площею, що складається з сумарної площі двох бокових поверхонь кожної з профільних труб пучка. Ще одна бокова поверхня кожної з профільних труб теплоізольована та виключена з процесу конденсації пари. Товщина плівки конденсату буде збільшуватись при його стіканні по бокових поверхнях кожної з профільних труб пучка, що приводить до збільшення термічного опору та зниження тепловіддачі, що також зменшує продуктивність конденсатора. Складання конденсатора з багатьох пучків профільних труб трикутного перерізу, кожний з яких розміщено в ряд в одній площині та ізольований один від одного в цьому технічному рішенні, з метою підвищення його продуктивності призведе до збільшення металоємності та габаритів, тому що для кожного з пучків труб потрібен окремий пристрій підведення пари. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення конденсатора, в якому нова конструкція поверхні конденсації у вигляді пучка профільних труб краплеподібного поперечного перерізу за рахунок більшої поверхні конденсації та потоншення плівки конденсату і, відповідно, зменшення термічного опору цієї плівки конденсату, забезпечить підвищення продуктивності та зниження маси та габаритів. Поставлена задача вирішується тим, що в конденсаторі, що містить поверхню конденсації у вигляді пучка профільних труб, згідно з корисною моделлю, профільні труби виконано краплеподібними у поперечному перерізі. Виконання поверхні конденсації у вигляді пучка краплеподібних у поперечному перерізі профільних труб дозволяє збільшити поверхню конденсації за рахунок використання всієї поверхні кожної з профільних труб, тоді як у прототипі використовується тільки 2/3 поверхні (одна з трьох бокових поверхонь кожної з трикутних у поперечному перерізі профільних труб теплоізольована та не приймає участі в процесі конденсації пари). Крім того, зменшення кривизни кормової частини краплеподібних у поперечному перерізі профільних труб приводить до того, що дискретний режим стікання (краплями) конденсату з поверхні труб в їх кормовій частині буде переходити в безперервний (плівковий). При цьому значно зменшується ділянка кормового шару, а середній коефіцієнт тепловіддачі на зовнішній поверхні профільних труб зростає на 20-25 % внаслідок сталої течії конденсату та малої товщини плівки конденсату. За рахунок збільшення інтенсивності теплообміну із зовнішньої сторони (20-25 %), а також високої внутрішньої інтенсивності теплообміну, більшої на 25-35 % в порівнянні з трубами круглого перерізу за рахунок збільшення швидкості внутрішнього теплоносія при зменшенні поперечного перерізу труб при деформації круглих труб, з яких виготовляють труби краплеподібного перерізу, коефіцієнт теплопередачі збільшується на 20-25 %, в результаті чого підвищується продуктивність, а також знижується маса та габарити конденсатора. Технічна суть конденсатора пояснюється кресленням, де: на фіг. 1 зображено двоходовий конденсатор в розрізі, який включає в себе корпус 1, в якому знаходяться камера накопичення конденсату 2, трубна дошка 3, задня водяна камера 4, трубний пучок 5, вхідний патрубок пари 6, повітряний патрубок 7, вхідний водяний патрубок 8, передня водяна камера 9, вихідний водяний патрубок 10, перегородка 11, зливний патрубок конденсату 12, профільна труба 13; 1 UA 116108 U 5 10 15 20 25 30 35 40 на фіг. 2 - схема розміщення профільних труб у трубному пучку при трикутному (шаховому) компонуванні (може також застосовуватись коридорне компонування труб у трубному пучку), поперечний переріз А-А на фіг. 1, де 13 - профільна краплеподібна в поперечному перерізі труба (труба краплеподібна нормальна за ГОСТ 8638), S1, S2 - величини поперечних і повздовжніх кроків профільних труб у пучку відповідно, величини які вибирають в залежності від величин продуктивності та парового опору, що задаються; на фіг. 3 - профільна краплеподібна в поперечному перерізі труба 13, де 14 - зовнішня поверхня труби; 15 - внутрішня поверхня труби; 16 - прохідний переріз труби; 17 - лобова частина; 18-кормова частина. Конденсатор працює наступним чином. Вхідним патрубком пари 6 пара подається в корпус конденсатора 1 та рухається крізь трубний пучок 5 зовні профільних труб 13. Низький паровий опір запропонованого конденсатора забезпечено формою профільних труб 13, для яких аеродинамічний опір менший в 1,6-2,2 разу в порівнянні з опором трубного пучка з круглих у поперечному перерізі труб, які в основному застосовуються в конденсаторах, а також способом розміщення профільних труб у пучку. Одночасно вхідним водяним патрубком 8 подається вода в передню водяну камеру 9 до перегородки 11 та рухається крізь прохідні перерізи 16 верхньої частини профільних труб 13 справа наліво, охолоджуючи їх, виходить в задню водяну камеру 4, де змінює напрям руху на протилежний та рухається зліва направо нижче перегородки 11, виходить в передню водяну камеру 9 нижче перегородки 11 та виходить з конденсатора крізь вихідний водяний патрубок 10. Такий напрям руху води в конденсаторі, коли крізь нижню його частину (нижче перегородки 11) проходить вже підігріта вода у верхній частині конденсатора (вище перегородки 11), дозволяє запобігти переохолодженню конденсату, температура якого безпосередньо впливає на економічність конденсатора. Пара, рухаючись крізь трубний пучок 5 профільних труб 13, охолоджується та конденсується на їх зовнішній поверхні 14. При цьому прихована теплота пароутворення передається від зовнішньої поверхні 14 до внутрішньої поверхні 15 профільних труб 13 і від їх внутрішньої поверхні 15 до води. Пара конденсується на всій поверхні профільних труб 13, починаючи з їх лобових частин 17, які направлені назустріч рухомій парі в трубному пучку 5. Конденсат на такій поверхні вільно рухається вниз, не затримуючись в кормовій частині 18 профільних труб 13 та утворює рівномірну за товщиною тонку плівку, результатом чого є низький термічний опір цієї плівки та, відповідно, висока продуктивність конденсатора з такими профільними трубами. Конденсат стікає у камеру накопичення конденсату 2 та видаляється з конденсатора крізь зливний патрубок конденсату 12. Присутні в парі гази, що не конденсуються, відсмоктуються крізь повітряний патрубок 7 після омивання парою всього трубного пучка. Застосування профільних труб 13 з краплеподібним перерізом дозволяє будувати на їх основі компактні високопродуктивні конденсатори. Джерела інформації: 1. А. Фраас, М. Оцисик. Расчет и конструирование теплообменников.- М.: Атомиздат, 1971, с. 249, рис. 13.3. 2. Патент України № 22788, МПК F28B1/00, опубл. 30.06.1998. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Конденсатор, що містить поверхню конденсації у вигляді пучка профільних труб, який відрізняється тим, що профільні труби виконано краплеподібними у поперечному перерізі. 2 UA 116108 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3