RU56992U1 - STEAM HEATER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к энергетическому машиностроению и может быть использована в теплообменном оборудовании стационарной и транспортной энергетики. Воздухоподогреватель для ГТУ выполнен, по меньшей мере, из двух однотипных модулей. Модули содержат теплообменные матрицы, общий газовый раздаточный коллектор, сборные газовые коллектора. Матрицы выполнены из разделенных перегородками змеевиков, сообщенных с впускным и выпускными воздушными коллекторами. Воздухоподогреватель снабжен общим впускным воздушным коллектором. К последнему подсоединены змеевики теплообменных матриц, выполненных из труб S-образной формы. Впускной воздушный коллектор расположен в газовом коллекторе выхода продуктов сгорания. Обеспечивается повышение надежности конструкции воздухоподогревателя.The utility model relates to power engineering and can be used in heat exchange equipment of stationary and transport energy. The air heater for the gas turbine is made of at least two modules of the same type. The modules contain heat transfer matrices, a common gas distribution manifold, prefabricated gas collectors. The matrices are made of serpentine-separated coils connected to the intake and exhaust air manifolds. The air heater is equipped with a common air intake manifold. Coils of heat transfer matrices made of S-shaped pipes are connected to the latter. The air intake manifold is located in the gas exhaust manifold. Provides increased reliability of the design of the air heater.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическому машиностроению и может быть использована в теплообменном оборудовании стационарной и транспортной энергетики.The proposed utility model relates to power engineering and can be used in heat transfer equipment of stationary and transport energy.

Известен теплообменник, содержащий корпус, патрубки подвода (отвода) внешнего теплоносителя, коллекторы подвода (отвода) внутреннего теплоносителя и матрицу, состоящую из теплообменного пакета и коллекторов сбора и раздачи внешнего теплоносителя (Свидетельство РФ на полезную модель №21951, U1, от 17.10.2001 г., опубл. 27.02.2002 г., МПК F28F13/08).A known heat exchanger comprising a housing, pipes for supplying (discharging) an external coolant, collectors for supplying (discharging) an internal coolant and a matrix consisting of a heat exchange package and collectors for collecting and distributing an external coolant (RF Certificate for Utility Model No. 21951, U1, dated 17.10.2001 published on February 27, 2002, IPC F28F13 / 08).

Известен регенеративный воздухоподогреватель, содержащий собранные в пакеты пучки трубок, соединенные с коллекторами ввода и вывода воздуха, одноименные патрубки которых соединены между собой (Свидетельство РФ на полезную модель №31838, U1, от 03.12.2002, опубл. 03.12.2002, МПК F23L15/04).Known regenerative air heater containing bundled bundles of tubes connected to the collectors of the input and output air, the same pipe which are interconnected (Certificate of the Russian Federation for utility model No. 31838, U1, 03.12.2002, publ. 03.12.2002, IPC F23L15 / 04).

В известных конструкциях воздушные входные и выходные патрубки или коллектора подвода или отвода теплоносителя расположены по одну сторону конструкции и жестко соединены между собой перемычками, что приводит к невозможности температурной самокомпенсации тепловых удлинений патрубков (коллекторов). Разность температур между входными и выходными патрубками (коллекторами ввода и вывода) может превышать 250°С, что приводит к возникновению значительных добавочных величин напряжений в перемычках между патрубками (коллекторами) в зонах их приварки с перемычками. Численные расчеты показали, что напряжения в этих зонах могут достигать значений в 200-300 МПа на уровне температур, вызывающих ползучесть. Кроме того, невозможно обеспечить качественные сварные швы приварки тонких перемычек к коллекторам, а применение труб W-образной формы приводит к необходимости размещения патрубков ввода и вывода теплоносителя (воздушных коллекторов ввода и вывода) по одну сторону конструкции с соединением их между собой перемычками.In known designs, the air inlet and outlet pipes or collectors for supplying or discharging the coolant are located on one side of the structure and are rigidly interconnected by jumpers, which leads to the impossibility of temperature self-compensation of thermal elongations of the pipes (collectors). The temperature difference between the inlet and outlet nozzles (input and output collectors) can exceed 250 ° C, which leads to the appearance of significant additional voltage values in the jumpers between the nozzles (collectors) in the areas of their welding with jumpers. Numerical calculations showed that stresses in these zones can reach values of 200-300 MPa at the level of temperatures causing creep. In addition, it is impossible to provide high-quality welds for welding thin jumpers to collectors, and the use of W-shaped pipes leads to the necessity of placing the inlet and outlet pipes of the coolant (air inlet and outlet collectors) on one side of the structure with connecting them to each other with jumpers.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является воздухоподогреватель ГТД, выполненный, по меньшей мере, из двух однотипных модулей, содержащих теплообменную матрицу, сообщенную с впускным и выпускным воздушными The closest in technical essence to the proposed utility model is a gas turbine engine heater made of at least two modules of the same type containing a heat exchange matrix in communication with the air inlet and outlet

коллекторами, имеющий общий клинообразный газовый раздаточный коллектор, сборные газовые коллектора клинообразной формы, выпускные воздушные коллектора установлены на входе газового потока в раздаточный газовый коллектор, теплообменная матрица выполнена из разделенных перегородками плоских змеевиков W-образной формы, концы труб которых закреплены в воздушных коллекторах (Свидетельство РФ на полезную модель №30425, U1, от 31.05.2002, опубл. 27.06.2003, МПК F28D7/00).collectors, having a common wedge-shaped gas distribution manifold, prefabricated wedge-shaped gas collectors, exhaust air collectors installed at the gas flow inlet to the gas distribution manifold, the heat exchange matrix is made of flat W-shaped coils separated by baffles, the pipe ends of which are fixed in air collectors (Certificate RF for utility model No. 30425, U1, dated May 31, 2002, published on June 27, 2003, IPC F28D7 / 00).

Недостатком известной конструкции является также невозможность температурной самокомпенсации тепловых удлинений впускных и выпускных воздушных коллекторов. Разность температур между впускными и выпускными воздушными коллекторами также может превышать 250°С, вследствие чего возникают значительные добавочные величины напряжений в перемычках между коллекторами в зонах их приварки, достигающих значений в 200-300 МПа на уровне температур, вызывающих ползучесть. Кроме того, невозможно обеспечить качественные сварные швы приварки тонких перемычек к коллекторам, а применение труб W-образной формы приводит к необходимости размещения входных и выходных патрубков по одну сторону конструкции с соединением их между собой перемычками.A disadvantage of the known design is also the impossibility of temperature self-compensation of thermal elongation of the intake and exhaust air collectors. The temperature difference between the inlet and outlet air collectors can also exceed 250 ° C, as a result of which there are significant additional stresses in the bridges between the collectors in the areas of their welding, reaching values of 200-300 MPa at the level of temperatures causing creep. In addition, it is impossible to provide high-quality welds for welding thin jumpers to the collectors, and the use of W-shaped pipes leads to the need to place the inlet and outlet pipes on one side of the structure with connecting them to each other with jumpers.

Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности конструкции воздухоподогревателя за счет разнесения входных и выходных воздушных коллекторов.The proposed utility model solves the problem of improving the reliability of the design of the air heater due to the diversity of the input and output air collectors.

Поставленная задача решается тем, что воздухоподогреватель для ГТУ, выполненный, по меньшей мере, из двух однотипных модулей, содержащих теплообменные матрицы, выполненных из разделенных перегородками змеевиков, сообщенных с впускным и выпускным воздушными коллекторами, общий газовый раздаточный коллектор, сборные газовые коллектора, дополнительно, воздухоподогреватель снабжен общим впускным воздушным коллектором, расположенным в газовом коллекторе выхода продуктов сгорания, при этом змеевики теплообменных матриц выполнены из труб S-образной формы.The problem is solved in that the air heater for the gas turbine, made of at least two of the same type of modules containing heat transfer matrices made of partitioned coils connected to the inlet and outlet air manifolds, a common gas distribution manifold, prefabricated gas manifolds, additionally, the air heater is equipped with a common air intake manifold located in the gas outlet of the combustion products, while the coils of the heat transfer matrices are made of pipes S-shaped.

Заявленный воздухоподогреватель отличается от прототипа тем, что, впускной воздушный коллектор размещен в газовых коллекторах для выхода продуктов сгорания и является общим входным коллектором для теплообменных матриц, подсоединенных к нему с использованием теплообменных труб S-образной формы.The claimed air heater differs from the prototype in that the inlet air manifold is located in the gas manifolds for the exit of combustion products and is a common inlet manifold for heat transfer matrices connected to it using S-shaped heat transfer tubes.

Снабжение воздухоподогревателя общим входным воздушным коллектором, к которому подсоединены змеевики теплообменных матриц, выполненных из труб S-образной формы, существенно повышает надежность конструкции воздухоподогревателя за счет разнесения входного и выходных воздушных коллекторов, что приводит к снижению действующих напряжений в корпусе воздухоподогревателя, разгрузке сварных швов и обеспечивает температурную самокомпенсацию тепловых удлинений воздушных коллекторов. Разнесение впускных и выпускных Providing an air heater with a common air intake manifold, to which coils of heat-exchange matrices made of S-shaped pipes are connected, significantly increases the reliability of the air heater design by spacing the air inlet and outlet air collectors, which reduces the operating stresses in the air heater body, unloading the welds and provides temperature self-compensation of thermal extensions of air collectors. Intake and exhaust spacing

воздушных коллекторов обеспечивает возможность применения труб S-образной формы, как обладающих меньшим гидравлическим сопротивлением в сравнении с применяемыми W-образными трубами.air collectors allows the use of S-shaped pipes, as having lower hydraulic resistance in comparison with the used W-shaped pipes.

На фиг.1 изображена конструктивная схема предлагаемого воздухоподогревателя;Figure 1 shows a structural diagram of the proposed air heater;

на фиг.2 - S-образная форма выполнения теплообменных труб.figure 2 - S-shaped embodiment of heat transfer pipes.

Конструкция воздухоподогревателя ГТУ (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором расположены однотипные модули 2, содержащих теплообменные матрицы 3, каждая из которых сообщена с впускным 4 и выпускным 5 воздушными коллекторами. Модули 2 имеют общий клинообразный газовый коллектор 6 для входа продуктов сгорания и, по меньшей мере, два газовых коллектора 7 для выхода продуктов сгорания, расположенных по обе стороны впускного воздушного коллектора 4. Выпускные воздушные коллектора 5 установлены на входе потока продуктов сгорания от ГТУ в газовый коллектор 6. Впускной воздушный коллектор 4 размещен на выходе продуктов сгорания в газовых коллекторах 7. Теплообменная матрица 3 выполнена из теплообменных труб 8, концы которых соединяют впускной воздушный коллектор 4 с выпускными воздушными коллекторами 5. Теплообменные трубы 8 выполнены в виде змеевиков S-образной формы (фиг.2) и закреплены в перегородках 9.The design of the gas turbine heater (Fig. 1) consists of a housing 1, in which modules of the same type 2 are located, containing heat exchange matrices 3, each of which is connected to the inlet 4 and the outlet 5 air collectors. Modules 2 have a common wedge-shaped gas manifold 6 for the entry of combustion products and at least two gas manifolds 7 for the exit of combustion products located on both sides of the inlet air manifold 4. Exhaust air manifolds 5 are installed at the inlet of the combustion products from the gas turbine to the gas collector 6. The inlet air collector 4 is located at the outlet of the combustion products in the gas manifolds 7. The heat exchange matrix 3 is made of heat transfer pipes 8, the ends of which connect the inlet air collector 4 to sknymi air manifold pipe 5. The heat exchanger 8 are formed as S-shaped coil forms (2) and are fixed in the partitions 9.

Воздухоподогреватель работает следующим образом.The air heater operates as follows.

При работе воздухоподогревателя воздух поступает на вход впускного коллектора 4 и попадает в теплообменные трубы 8 матриц 3. Пройдя по трубам 8, выполненных S-образной формы, воздух в трубах 8 нагревается и выходит через выпускные воздушные коллектора 5 модулей 2. Нагрев воздуха в теплообменных трубах 8 происходит за счет поступления отработанного горячего газа в виде продуктов сгорания из патрубка газовой турбины (на чертеже не показан), который поступает на вход в газовый коллектор 6, где установлены выпускные воздушные коллекторы 5. Продукты сгорания из газотурбинной установки попадают в пространство между выпускными воздушными коллекторами 5 и далее в модули 2 на теплообменные матрицы 3. Проходя между теплообменными трубами 8, закрепленных в перегородках 9, нагревают проходящий внутри теплообменных труб 8 воздух. Затем уже охлажденные продукты сгорания выходят через газовые коллекторы 7. Таким образом, обеспечивается подогрев воздуха, поступающего в газотурбинную установку.During the operation of the air heater, air enters the inlet of the intake manifold 4 and enters the heat transfer pipes 8 of the matrices 3. Passing through the pipes 8 made in an S-shape, the air in the pipes 8 is heated and exits through the exhaust air collectors 5 of the modules 2. The air is heated in the heat transfer pipes 8 occurs due to the intake of exhaust hot gas in the form of combustion products from the pipe of the gas turbine (not shown in the drawing), which enters the entrance to the gas manifold 6, where the exhaust air manifolds are installed 5. Product combustion of the gas turbine plant fall into the space between the exhaust air manifold 5 and further to the heat exchanger modules 2 on the matrix 3. Passing between the heat exchanger pipes 8 fixed to the partitions 9, heated flowing inside the heat exchange tubes 8 air. Then, the already cooled combustion products exit through the gas manifolds 7. Thus, the heating of the air entering the gas turbine unit is ensured.

Следовательно, разнесение впускных и выпускных воздушных коллекторов обеспечивает повышение надежности конструкции воздухоподогревателя за счет снижения действующих напряжений в корпусе воздухоподогревателя, разгрузке сварных швов и температурной самокомпенсации тепловых удлинений воздушных коллекторов, что способствует безаварийной работе газотурбинной установки, увеличению срока его службы и, кроме того, повышается коэффициент полезного действия газотурбинной установки за счет подогрева воздуха продуктами сгорания.Therefore, the separation of the intake and exhaust air collectors provides an increase in the reliability of the design of the air heater by reducing the operating stresses in the air heater body, unloading the welds and temperature self-compensation of the thermal extensions of the air collectors, which contributes to the trouble-free operation of the gas turbine installation, increasing its service life and, in addition, increases the efficiency of a gas turbine installation due to the heating of air by combustion products.

Claims (1)

Воздухоподогреватель для ГТУ, выполненный, по меньшей мере, из двух однотипных модулей, содержащих теплообменные матрицы, выполненных из разделенных перегородками змеевиков, сообщенных с впускным и выпускным воздушными коллекторами, общий газовый раздаточный коллектор, сборные газовые коллектора, отличающийся тем, что воздухоподогреватель снабжен общим впускным воздушным коллектором, расположенным в газовом коллекторе выхода продуктов сгорания, при этом змеевики теплообменных матриц выполнены из труб S-образной формы.

An air heater for gas turbine engines, made of at least two modules of the same type, containing heat exchange matrices made of coils separated by baffles, connected to the intake and exhaust air manifolds, a common gas distribution manifold, prefabricated gas manifolds, characterized in that the air heater is equipped with a common inlet an air manifold located in the gas manifold of the exit of combustion products, while the coils of the heat transfer matrices are made of S-shaped pipes.