Теплопередающее устройство

о 1553438 Союз Советских Социалистических Республик(51) М. Кл.а Г 28 Р 15/001 28 Р 11/02 Г 25 В 19/04 Государственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений 3) УДК 621.565, Эльперин гда Ордена Трудового Красного Знамени институт теплоимени А. В. Лыкова ссообмен аяви ЛОП ЕРЕД УСТРОЙСТВ Изобретение относится к устройствам осуществления теплообмена между газообразными и жидкими средами и может быть использовано в различных теплоэнергетических установках, например ГТУ, а также при утилизации вторичных энергетических ресурсов.Известны теплопередающие устройства, содержащие размещенную внутри корпуса центробежную тепловую трубу, снабженную рабочими лопатками на наружной поверхности, чередующимися с неподвижными лопатками, закрепленными на внутренних стенках корпуса, внутри которого размещена газоуплотняющая перегородка, разделяющая его на камеры 1.Недостаток известных теплопередающих устройств заключается в том, что центробежная труба выполнена в виде полого удлиненного вала с перфорированной конусообразной внутренней поверхностью. Подобное конструктивное оформление центробежной трубы, вращающейся вдоль продольной оси, характеризуется ограниченной поверхностью теплообмена, поскольку увеличение последней связано с необходимостью нежелательного, а в ряде случаев и недопустимого увеличения диаметра и длины тепловой трубы с профилированной внутренней продольной полостью сложной конструкции, обусловленной необходимостью профилирования внутренней посильев, И. ф, Пикус и В. М верхности тепловой, строгого ее центрирования, а также необходимости либо увеличения числа оборотов трубы, либо увеличения ее наружного диаметра, требующих при интенсификации теплообмена увеличения относительной скорости перемещения поверхности теплообмена и газовой фазы, поскольку интенсивность теплообмена между наружной поверхностью трубы и омывающими ее соответ О ственно в зонах испарения и конденсации теплоотдающими и тепловоспринимающими газами определяется относительной скоростью обдува поверхности теплообмена, то скорость взаимного перемещения газа и вращающейся 15 поверхности теплообмена (выполненной, например, в виде лопаточного устройства) при прочих равных условиях будет зависеть от радиуса вращающейся поверхности, что недопустимо с точки зрения обеспечения надеж ности работы устройства.Цель изобретения состоит в устраненииуказанного недостатка.Эта цель достигается тем, что труба выполнена в виде плоского диска, рабочие лопатки 25 расположены на его торцовых поверхностях,а перегородка выполнена в виде цилиндрической обечайки, и тем, что на внутренних стенках диска установлены каплеуловители с буртиками, соединенные с капиллярно-пористой ЗО структурой, размещенной в зоне испарения3трубы, установленные один относительно другого с зазором,На фиг. 1 изображено предлагаемое тепло- передающее устройство в разрезе; на фиг. 2 - сечение А - А, фиг. 1; на фиг. 3 - узел 1, фиг. 1.Устройство содержит корпус 1, в центральной части которого в подшипниках 2 укреплен вал 3, центробежную тепловую трубу 4, на торцовых поверхностях которой установлены газоуплотняющие цилиндрические перегородки 5, разделяющие корпус на камеры 6 - 9, рабочие лопатки 10, установленные концентрично относительно оси вала 3, и чередующиеся с направляющими лопатками 11, закрепленными на внутренней поверхности корпуса 1, и размещенные между перегородкой 5 и корпусом 1 лабиринтовые уплотнения 12.Во внутренней полости центробежной тепловой трубы 4 между занами испарения и конденсации прикреплены с зазором 13 к торцовым внутренним стенкам концентрические обечайки - каплеуловители 14, Внутренняя поверхность тепловой трубы 4 в зоне испарения покрыта распределительным фитилем 15, концы которого пропущены в концентрические камеры обечаек - каплеуловителей, снабженных буртиками 16.На торцовых стенках корпуса 1 установлены входные патрубки 17 и выходные патрубки 18 холодной зоны и входные патрубки 19 горячей зоны. Выходные патрубки 20 горячей зоны закреплены на периферийной поверхности корпуса 1. В корпусе 1 установлены лабиринтовые уплотнения 21. Теплообменное устройство работает следующим образом,При подводе горячих газов, отработавших, например, в газовой турбине, к входным патрубкам 17 на первом ряде трубинных рабочих лопаток 10 по ходу газа в направлении к периферии происходит срабатывание давлений и теплосодержаний. Газ расширяется в межлопаточном пространстве первого ряда турбинных рабочих лопаток 10. Возникающая при этом реактивная сила приводит во вращение вал 3 теплообменника и установленную на нем тепловую трубу 4. Внутренняя полость тепловой трубы частично заполнена рабочим теплом, в качестве которого в зависимости от режима работы могут быть использованы высокотемпературные теплоносители, вода, низкотемпературные теплоносители. Далее газ изменяет направление своего движения в направляющих лопатках 11 и входит во второй ряд турбинных рабочих лопаток 10, в которых рабочий процесс протекает аналогично первому ряду.При прохождении горячего газа через турбинные рабочие лопатки 10 происходит интенсивная турбулизация потока, что увеличивает коэффициент теплопередачи от газа к поверхности периферийной зоны тепловой тру 5 10 15 Я 25 зо 35 40 45 50 55 60 б 5 бы. Отработавшие газы отводятся через выходные патрубки 20,Отвод тепла от периферийной зоны тепловой трубы производится за счет испарения рабочего тела, равномерно распределяемого по внутренней поверхности тепловой трубы за счет распределительного фитиля 15. Поток пара, пройдя зазор 13, поступает в центральную зону тепловой трубы, где происходит конденсация пара и передача тепла от стенки тепловой трубы и рабочих лопаток 10 холодному газу, поступающему через входной патрубок 17 и отводимому через выходной патрубок 18,Рабочие лопатки 10 и направляющие 11 конструктивно выполняются аналогично лопаточному аппарату радиального турбокомпрессора и служат для организации перемещения нагреваемого газа через теплообменное устройство. Коэффициент теплообмена от стенки тепловой трубы к холодному газу значительно интенсифицируется за счет турбулпзации потока в рабочих 10 и направляющих 11 лопатках. При вращении тепловой трубы 4 происходит передача энергии, например, от первого ряда рабочих лопаток 10 потоку подогреваемого газа. При этом скорость газа увеличивается,В направляющих лопатках 11 происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную - давление газа возрастает. На следующих рядах рабочих и направляющих лопаток турбокомпрессора процессы происходят аналогично. Количество рядов рабочих и направляющих лопаток радиального турбокомпрессора выбирается в зависимости от требуемого давления в выходном патрубке 18.Сконденспровавшееся в центральной (холодной) зоне тепловой трубы рабочее тело отбрасывается центробежной силой, собирается в концентрических обечайках-каплеуловителях 14, выполненных с буртиками 16 и при помощи распределительного фитиля 15 равномерно распределяется по внутренней поверхности периферийной зоны тепловой трубы 4. Распределительный фитиль 15 пропущен через зазор 13 внутрь обечаек-каплеуловителей 14.Работа теплопередающего устройства осуществляется в условиях, когда подвод мощности к валу отсутствует, горячая периферийная зона тепловой трубы работает в качесгве радиальной реактивной турбины, а холодная - центральная в качестве радиального турбокомпрессора.Работа предложенного теплопередающего устройства может осуществляться и при иных рабочих схемах, например:холодная центральная зона работает в качестве турбины, а горячая периферийная зона - в качестве турбокомпрессора, при отсутствии подвода мощности к валу 3;к валу 3 подводится мощность, например от электродвигателя, при этом горячая периферийная и холодная центральная зоны работают в качестве радиального турбокомпрсссора. Формула изобретения1. Теплопередающее устройство, содержащее размещенную внутри корпуса центробежную тепловую трубу, снабженную рабочими лопатками на наружной поверхности, чередующимися с неподвижными лопатками, закрепленными на внутренних стенках корпуса, внутри которого размещена газоуплотняющая перегородка, разделяющая его на камеры, отличающееся тем, что, с целью повышения компактности, труба выполнена в виде плоского диска, рабочие лопатки располож. ны на сго торцовых поверхностях, а перегородка ььшолнена в виде цилиндрической ооечайки.5 2. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что на внутренних стенках диска установлены каплеуловптели с буртиками, соединенные с каппллярно-пористой структурой, размещенной в зоне испарения трубы, и уста новленные один относительно другого с зазором.Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе:1. Патент Англии1361047, кл. Г 4 Я, 15 1974 г./4 /Б /. г //аД авитель Т. Юдин Редактор М. Васильева Техред А. Камышникова аказ 923/19ЦНИИП ов ССС Типография, пр. Сапунова, 2 Изд. М 5 Государственного по делам изоб 113035, Москва, Ж