Материал: teplo_2012
их сборки. По коллектору холодная среда доходит до пластины 6, имеющей глухой угол (без отверстия), и распределяется по нечётным межпластинным каналам, которые сообщаются (через один) с угловым коллектором благодаря соответствующему расположению больших 13 и малых 5 резиновых прокладок. При движении вверх по межпластинному каналу среда обтекает гофрированную поверхность пластин, обогреваемых с обратной стороны горячей средой. Затем подогретая среда проходит в продольный коллектор, образованный нижними угловыми отверстиями 14, и выходит из аппарата через штуцер 11. Горячая рабочая среда движется в аппарате навстречу холодной. Она поступает в штуцер 12, проходит через нижний коллектор, распределяется по четным каналам и движется по ним вверх. Через верхний коллектор и штуцер 2 охлаждённая горячая среда выходит из теплообменника. Сами теплообменные аппараты по конструктивному оформлению весьма разнообразны.
На рис. 1.24 в качестве примера приведена конструкция в сборе односекционного теплообменника на двухопорной раме без дополнительных стяжек.
Рис. 1.24. Пластинчатый односекционный теплообменник: 1 – пластины; 2, 3,
– горизонтальные штанги; 4, 5 – плиты; 6, 7 – патрубки
51
Пластины пластинчатых односекционных теплообменников могут быть изготовлены из различных металлов, включая нержавеющую сталь, титан, никель и т.д. В качестве прокладок применяется нитроловая, бутиловая, силиконовая и фторуглеродная резина. Кроме того, определенные пластины могут быть снабжены прокладками из спрессованного волокнистого асбеста.
1.10. Регенеративные теплообменные аппараты
Регенеративные ТА нашли применение в основном в высокотемпературных технологических установках, ГТУ, низкотемпературных установках разделения газов и газовых холодильных машинах. Теплоаккумулирующая насадка этих аппаратов может быть подвижной и неподвижной. В последнем случае для получения непрерывного процесса теплообмена от одного теплоносителя к другому необходимы два аппарата (см. рис. 1.1, б). При подвижной насадке процесс теплообмена происходит в одном аппарате (см. рис. 1.1,
в).
Область применения и температурный уровень теплоносителей предопределяют конструкцию регенеративного ТА и тип его насадки. В связи с этим выделяют аппараты, работающие в областях высоких, средних и очень низких температур.
В области высоких температур (800…1000 ºС) после различных печей применяют аппараты с неподвижной насадкой из огнеупорного кирпича, который выкладывают таким образом, чтобы образовались сплошные каналы для прохода газа. Для интенсификации теплообмена кирпичная кладка насадки имеет выступы. Преимуществами аппаратов с кирпичной насадкой являются простота и возможность достижения высоких температур подогрева воздуха, а недостатками – громоздкость, сложность эксплуатации ввиду необходимости переключения аппарата, изменения температуры нагреваемого воздуха в течение цикла.
52
Для высокотемпературного подогрева воздуха могут быть использованы вращающиеся аппараты, роторы которых заполнены чугунной дробью или другой термостойкой насадкой.
В области средних температур (250…400 ºС) для подогрева воздуха используются вращающиеся регенеративные ТА, роторы которых имеют металлическую насадку, или аппараты с «падающим слоем».
Горизонтальные и вертикальные вращающиеся регенеративные ТА относятся к аппаратам непрерывного действия, они более компактны и характеризуются более интенсивным теплообменом. Ротор 4 регенеративного подогревателя воздуха в мощных ГТУ с насадкой 3 в виде набора сеток из кор- розионно-стойкой проволоки диаметром 0,3…0,4 мм вращается в статоре 5 (рис. 1.25). С помощью радиальных перегородок ротор разделен на секторы, чем достигается отделение потоков газа и воздуха. Схема движения воздуха и газа противоточная, хотя каждая среда имеет сначала осевое направление, затем радиальное и, проходя через насадку ротора, или нагревает ее, или воспринимает теплоту. Благодаря такому удлинению пути потоков увеличивается скорость в каналах насадки, коэффициент теплоотдачи достигает значений 300…400 Вт/(м2·К) при частоте вращения ротора 20…30 об/мин. Следует отметить, что в регенеративных воздухоподогревателях котлов с частотой вращения ротора 2…10 об/мин, имеющих насадку из гофрированных металлических листов с каналами треугольного и квадратного сечений, значения коэффициентов теплопередачи составляют лишь 9…14 Вт/(м2·К). Во избежании перетечек воздуха и газа в конструкции предусмотрены внутренние 1 и наружные 2 уплотнения.
53
Рис. 1.25. Схема вращающегося регенеративного подогревателя воздуха ГТУ
В транспортных ГТУ мощностью до 1 МВт был использован регенеративный ТА с дисковым ротором карманного типа (рис. 1.26). Несущая и теплопередающая функции ротора разделены. Каркас диска образован массивными боковыми полотнами 2, связанными поперечными каркасными рамками. В полотнах прорезаны отверстия, в которые вставлены стаканы 3, образующие сквозные цилиндрические окна – карманы. В каждый карман помещен рабочий элемент 8 насадки, представляющий собой усеченный корпус из многослойной плетеной сетки из коррозионно-стойкой стали. Поскольку рабочие элементы имеют очень небольшую площадь контакта с металлическими конструкциями ротора, то эти конструкции оказываются мало подверженными действию резко изменяющихся температур. Температура опорных поверхностей уплотнения 5 в рабочем режиме превышает 400 ºС, что позволяет изготовлять их из графита.
54
Рис. 1.26. Схема вращающегося регенеративного ТА с дисковым ротором карманного (сотового) типа: В – воздух; Г – газ
Вследствие небольших температурных деформаций диска 6 зазоры раскрываются незначительно, что повышает работоспособность уплотнений и приводит к снижению утечек воздуха. Уплотнения 5 установлены на опорных рамках и прижаты к боковым полотнам диска с двух сторон. Опорная рамка имеет периферийную часть и поперечную балку, разделяющую полотно диска на газовый Г и воздушный В секторы. Диск 6 насажен на центральный вал 4, закрепленный в подшипниках с помощью сферического шарнира 9. На периферии ротора выполнен кольцевой фланец 7, на обоих сторонах которого установлены антифрикционные кольцевые накладки 1, взаимодействующие с опорной кольцевой дорожкой 10 в корпусе. Кольцевой фланец с антифрикционными накладками уменьшает термическую деформацию ротора, устраняет перекос уплотняемых поверхностей и препятствует раскрытию зазоров уплотнений. Компактность насадки составляет 4.000…5.000 м2/м3.
Следует отметить, что при создании вращающихся регенеративных аппаратов для ГТУ главной проблемой остается повышение надежности работы уплотнений с целью снижения утечек теплоносителей. При давлении воздуха перед ТА 0,3…0,5 МПа утечки составляют примерно 3…5 % расхода воздуха на входе, что эквивалентно снижению мощности двигателя на 3…5 % и увеличению расхода топлива на 6…15 %.
55