Регенератор газотурбінної установки

Реферат: Регенератор газотурбінної установки містить блоки, що складаються з корпусу з силовими елементами і теплообмінного пакета, набраного з пласких трубних пучків, виконаних у формі змійовиків і складених з гладких трубок, які утворюють ходи теплоносія, і калачів, які сполучають ці ходи. Кінці трубних пучків сполучені з вхідним і вихідним циліндричними колекторами. Осьові лінії трубок в кожному ході трубних пучків і між ходами паралельні один одному зі збереженням шахового компонування. Трубні пучки мають зігнуті відводи, які приварені до колекторів. Між ходами трубних пучків і перед пакетом в районі калачів встановлені витискувачі, а між трубними пучками встановлені вертикальні проставки, які сприймають їх вагу і які верхніми кінцями приварені до силових балок корпусу, розташованих над теплообмінним пакетом. Кінці балок проходять через стінки корпусу і закріплені до його силових елементів, а нижні кінці проставок затиснуті між кутниками, привареними до корпусу. Колектори складаються з двох півциліндрів, з'єднаних фланцями, які приварюються уздовж осі. UA 78601 U (12) UA 78601 U UA 78601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до трубчастих регенераторів (рекуперативних підігрівачів повітря) газотурбінних установок (ГТУ) різних схемних рішень. Вимога підвищити паливну економічність існуючих і перспективних ГТУ призводить до необхідності застосування у складі ГТУ різного теплообмінного устаткування, у тому числі, регенераторів теплоти, при цьому необхідно одночасно підвищити ККД установок і забезпечити надійність обладнання. У регенеративних газотурбінних установках застосовують як пластинчаті, так і трубчасті регенератори. Пластинчаті регенератори відрізняються меншими масо-габаритними показниками, але трубчасті регенератори мають значно більш високу надійність і зберігають герметичність при триваліших термінах експлуатації. При проектуванні теплообмінника необхідно вирішити комплексне завдання для забезпечення передачі, необхідного тепла при невеликих втратах тиску, малих масо-габаритних показниках, високій надійності і довговічності теплообмінника. У існуючих конструкціях регенераторів ГТУ задовільнення одних вимог йде на шкоду іншим, у зв'язку з чим розробка нової конструкції регенераторів ГТУ є актуальним завданням. Через те, що ГТУ в основному застосовують в енергетиці і транспорті газу, де вимога до високої надійності і довговічності переважає над необхідністю зниження масогабаритних показників, в ГТУ, як правило, використовуються трубчасті регенератори. Прототипом заявленого регенератора є трубчастий регенератор ВАТ "Інжинірингова компанія "Зіомар", заявка на корисну модель № 2002131814/20 від 03.12.2002 р. Цей регенератор складається зі встановлених один на одного теплообмінних блоків, що мають зібрані в пакети пучки трубок, торці яких елементами кріплення сполучені з колекторами введення і виведення повітря, причому елементи кріплення трубок з колекторами виконані у вигляді окремих пласких трубних решіток, кожні з яких уварені безпосередньо в стінку відповідного колектора введення і виведення повітря. Пучки трубок мають форму змійовиків. Описана конструкція має значні масогабаритні показники і не має достатньої надійності і довговічності. Задача корисної моделі полягає у зменшенні масогабаритних показників, підвищенні надійності і ремонтопридатності конструкції шляхом інтенсифікації теплопередачі у поверхні теплообміну і зменшенні протікань теплоносія вздовж теплообмінного пакета. Поставлена задача вирішується тим, що у регенераторі газотурбінної установки, який містить блоки, що складаються з корпусу з силовими елементами і теплообмінного пакета, набраного з пласких трубних пучків, виконаних у формі змійовиків і складених з гладких трубок, які утворюють ходи теплоносія, і калачів, які сполучають ці ходи, причому кінці трубних пучків сполучені з вхідним і вихідним циліндричними колекторами, згідно з корисною моделлю, осьові лінії трубок в кожному ході трубних пучків і між ходами паралельні один одному зі збереженням шахового компонування, трубні пучки мають зігнуті відводи, які приварені до колекторів, між ходами трубних пучків і перед пакетом в районі калачів встановлені витискувачі, а між трубними пучками встановлені вертикальні проставки, які сприймають їх вагу і які верхніми кінцями приварені до силових балок корпусу, розташованих над теплообмінним пакетом, при цьому кінці балок проходять через стінки корпусу і закріплені до його силових елементів, а нижні кінці проставок затиснуті між кутниками, привареними до корпусу, крім того, колектори складаються з двох півциліндрів, з'єднаних фланцями, які приварюються уздовж осі. Інтенсифікація теплопередачі у заявленому регенераторі досягнута за рахунок створення щільного теплообмінного пакета з мінімальними кроками труб у пучку, що стало можливим завдяки такому компонуванню трубок в пучку, коли осьові лінії трубок в кожному ході трубних пучків і між ходами йдуть паралельно один одному зі збереженням шахового компонування. Таким чином, площини сусідніх змійовиків частково перекривають одна одну, але поверхні трубок не стикаються. Зменшення протікань гарячого теплоносія повз поверхню теплообміну досягнуте за рахунок встановлення витискувачів між ходами трубних пучків і перед пакетом в районі калачів і малого поперечного кроку між калачами змійовиків, внаслідок чого зростає опір калачів газовому потоку. Зменшення кроку між калачами також призводить до зниження довжини повороту трубок між ходами, внаслідок чого зменшуються маса і габарити теплообмінного пакету і опір руху середовища усередині трубок. Застосування зігнутих відводів трубних пучків дає можливість збільшити крок отворів у вхідному і вихідному циліндричних колекторах, що забезпечує підвищення міцності і надійності з'єднання колекторів з кінцями трубних пучків. За рахунок цього також стало можливим забезпечити зменшення подовжнього кроку труб в пучку без послаблення колекторів. 1 UA 78601 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Розташування силових балок, на які через проставки передається вага трубних пучків, над пакетом, в зоні холодних температур газу, дозволяє знизити температуру металу балок і забезпечити таким чином високу міцність і надійність їх конструкції. Це дозволяє зменшити також товщину стінок балок і додатково понизити масу регенератора. Несилове кріплення нижніх кінців проставок між кутниками дозволяє гасити вібрації, що також підвищує надійність конструкції регенератора. Підвищення ремонтопридатності регенератора досягається шляхом застосування розбірних циліндричних колекторів, кожен з яких складається з двох півциліндрів, з'єднаних за допомогою фланцевого з'єднання. Це дозволяє у разі потреби отримати доступ до теплообмінних трубок і усунути витік теплоносія шляхом підварювання трубок у колекторі або глушення змійовиків, що вийшли з ладу. Крім того, виконання колектора розбірним дозволяє збільшити товщину стінки тієї половини колектора, в яку уварюються кінці трубних пучків, що також підвищує надійність колектора. В той же час, друга половина колектора, що не має отворів, виготовляється меншої товщини, що призводить до зменшення маси регенератора. Застосування колекторів постійного перерізу з однаковими фланцями на торцях дозволяє забезпечити підведення-відведення повітря з обох боків регенератора, що полегшує його компонування з ГТД у складі установки. На фіг. 1 зображений зовнішній вигляд блока заявленого регенератора. На фіг. 2 зображений вид елемента теплообмінної поверхні. На фіг. 3 зображений поперечний розріз регенератора. Регенератор складається з двох або більше блоків. До блока регенератора входять прямокутний корпус 1 і теплообмінний пакет 2. Пакет 2 набраний з пласких трубних пучків 3, виконаних у формі змійовиків, кінці яких закріплені у вхідному 4 і вихідному 5 циліндричних колекторах. Трубний пучок 3 складається з прямих гладких трубок 6, які утворюють ходи теплоносія у внутрішньотрубному просторі, зігнутих відводів 7, якими трубні пучки кріпляться до колекторів 4 і 5, і калачів 8, по яких внутрішньотрубний теплоносій перетікає з ходу в хід. Між ходами трубних пучків і перед пакетом в районі калачів встановлені витискувачі 9, які ущільнюють пакет по периметру і запобігають течії теплоносія в просторі між калачами 8. Колектори зібрані з двох півциліндрів 10 і 11 за допомогою пласких фланців 12, приварених уздовж їх осі, причому півциліндр 10 має більшу товщину, ніж півциліндр 11.3 торців до півциліндрів приварені половинки кільцевих фланців 13, які при складанні колекторів утворюють фланці для приєднання трубопроводів відведення і підведення повітря. З протилежного боку від трубопроводів підведення-відведення колектори закриті заглушками 14. Для підтримки змійовиків і забезпечення необхідних кроків між трубками застосовані пласкі вертикальні проставки 15, які верхніми кінцями приварені до силових балок 16 корпусу 1, які розташовані над теплообмінним пакетом 2. Кінці балок проходять через стінку корпусу і кріпляться до його силових елементів. Нижні кінці проставок 15 затиснуті між кутниками 17, які приварені до корпусу. Схема руху теплоносіїв в регенераторі - багатократна перехресна течія із загальною протитечією. Вихідні гази ГТД входять до регенератора знизу через вхідний патрубок, обтікають трубки пакета 2 зовні, нагрівають їх і видаляються через верхній патрубок. Повітря надходить з повітропроводу (на кресленні не показаний), у вхідний повітряний колектор 4, який розподіляє його по трубних пучках 3. По відводах 7 повітря надходить з колектора 4 в трубки і починає рух по пакету зверху вниз, переходячи з ходу в хід по калачах 8 І нагріваючись від трубок. З останнього (нижнього) ходу повітря по відводах 7 надходить до вихідного колектора 5, з якого воно подається в відвідний трубопровід. Таким чином, повітря здійснює в пакеті декілька ходів, а вихідні гази ГТД - 1 хід. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Регенератор газотурбінної установки, який містить блоки, що складаються з корпусу з силовими елементами і теплообмінного пакета, набраного з пласких трубних пучків, виконаних у формі змійовиків і складених з гладких трубок, які утворюють ходи теплоносія, і калачів, які сполучають ці ходи, причому кінці трубних пучків сполучені з вхідним і вихідним циліндричними колекторами, який відрізняється тим, що осьові лінії трубок в кожному ході трубних пучків і між ходами паралельні один одному зі збереженням шахового компонування, трубні пучки мають зігнуті відводи, які приварені до колекторів, між ходами трубних пучків і перед пакетом в районі калачів встановлені витискувачі, а між трубними пучками встановлені вертикальні проставки, які сприймають їх вагу і які верхніми кінцями приварені до силових балок корпусу, розташованих 2 UA 78601 U над теплообмінним пакетом, при цьому, кінці балок проходять через стінки корпусу і закріплені до його силових елементів, а нижні кінці проставок затиснуті між кутниками, привареними до корпусу, крім того, колектори складаються з двох півциліндрів, з'єднаних фланцями, які приварюються уздовж осі. 3 UA 78601 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 4