RU202881U1

RU202881U1 - Cooling device for the frame of a rotary disk heat exchanger of a power plant

Info

Publication number: RU202881U1
Application number: RU2020126786U
Authority: RU
Inventors: Андрей Вениаминович Костюков; Гиви Гурамович Надарейшвили; Кирилл Евгеньевич Карпухин; Геннадий Саитянович Туктакиев; Константинович Оттович Азаров; Александр Владимирович Колесников
Priority date: 2020-08-11
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2021-03-11

Abstract

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, преимущественно к электроэнергетическим и теплогенерирующим установкам с регенеративными устройствами и циклами работы.Основными техническими результатами предложения будут улучшение теплообмена, улучшение охлаждения внешней части горячего диска и внешнего охлаждаемого периметра каркаса ротора дискового теплообменника энергетической установки путем снижения непроизводительного возвратно-колебательного теплообмена во внутренние U-образные части внешней и внутренней обечаек, повышения турбулизации течения рабочего тела и увеличения местной скорости его течения в самом теплонапряженном месте, в колене U-образного канала внешней теплозащитной обечайки, примыкающей к горячему 4 торцевому диску.Устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, содержащее установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, включающий каркас 1 с внутренним основным регенеративным теплообменным наполнителем 2 и с установленными по его плоским поверхностям холодным 3 и горячим 4 торцевыми дисками, а по его периметру установлены, по меньшей мере, две кольцевые коаксиальные U-образные теплозащитные обечайки 5 и 6 устройства охлаждения каркаса 1 роторного дискового теплообменника энергетической установки, размещенные U-образными выемками 7 и 8 навстречу одна в другой с возможностью образования по периметру каркаса Z-образного канала 9 охлаждения периметра, выполненного с возможностью охлаждения более холодной частью рабочего тела поверхности 10 периметра каркаса 1 и торцевых дисков 3 и 4, а колено 11 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 выполнено с возможностью теплопередачи и контакта с горячим диском 4, причем внешняя часть 12 внутренней теплозащитной обечайки 6, расположенная внутри U-образной выемки 7 внешней теплозащитной обечайки 5, выполнена в виде дефлектора 13 с турбулизатором-обтекателем 14 на ее конце, а внутренняя часть 15 Z-образного канала 9 заполнена дополнительным регенеративным наполнителем 16 и выполнена с возможностью промежуточного регенеративного теплообмена с рабочим телом, причем внутренняя часть 17 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 и вся внутренняя поверхность внутренней теплозащитной обечайки 6 покрыты материалом 18 с низкой теплопроводностью. По дну колена 11 внешней теплозащитной обечайки 5 выполнено радиальное оребрение 19, изготовленное с возможностью интенсивного теплообмена с горячим диском 4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to the field of power engineering, mainly to electric power and heat generating plants with regenerative devices and operating cycles. The main technical results of the proposal will be improved heat transfer, improved cooling of the outer part of the hot disk and the outer cooled perimeter of the rotor frame of the disk heat exchanger of the power plant by reducing the unproductive return vibrational heat transfer to the inner U-shaped parts of the outer and inner shells, increasing turbulization of the flow of the working fluid and increasing the local velocity of its flow in the most heat-stressed place, in the bend of the U-shaped channel of the outer heat-shielding shell adjacent to the hot 4-end disk. a disk heat exchanger of a power plant, containing a rotor installed in a housing with the possibility of rotation, including a frame 1 with an internal main regenerative heat exchange filling device 2 and with cold 3 and hot 4 end disks installed on its flat surfaces, and at least two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells 5 and 6 of the cooling device for the frame 1 of the rotary disk heat exchanger of the power plant, placed U -shaped recesses 7 and 8 towards one another with the possibility of forming a Z-shaped channel 9 for cooling the perimeter around the frame perimeter, made with the possibility of cooling the surface 10 of the frame perimeter 1 and end disks 3 and 4 with a colder part of the working body, and the external U -shaped heat-shielding shell 5 is made with the possibility of heat transfer and contact with the hot disk 4, and the outer part 12 of the inner heat-shielding shell 6, located inside the U-shaped recess 7 of the outer heat-shielding shell 5, is made in the form of a deflector 13 with a turbulizer-fairing 14 at its end , and the inner part 15 of the Z-shaped channel 9 is filled with additional m regenerative filler 16 and is made with the possibility of intermediate regenerative heat exchange with the working fluid, and the inner part 17 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 are covered with a material 18 with low thermal conductivity. Radial ribbing 19 is made along the bottom of the knee 11 of the outer heat-shielding shell 5, which is made with the possibility of intensive heat exchange with the hot disk 4.1. f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к области энергетического машиностроения, преимущественно к электроэнергетическим и теплогенерирующим установкам с регенеративными устройствами и циклами работы.The utility model relates to the field of power engineering, mainly to electric power and heat generating plants with regenerative devices and work cycles.

Широко известны устройства охлаждения каркаса роторных дисковых теплообменников энергетических установок, преимущественно малоразмерных газотурбинных двигателей (микротурбин). Роторные теплообменники имеют высокие эффективность и компактность. Основной проблемой роторных теплообменников является утечки теплоносителей в их уплотнениях, которые возникают вследствие неравномерного распределения температур по внешней поверхности силового каркаса, несущего основные нагрузки в роторном дисковом теплообменнике энергетической установки, вследствие чего происходит его грибообразное коробление и появляется возможность разрушения, которая приводит к нарушения работы энергетических установок, вследствие выхода из строя каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки.Devices for cooling the frame of rotary disk heat exchangers of power plants are widely known, mainly for small-sized gas turbine engines (microturbines). Rotary heat exchangers are highly efficient and compact. The main problem of rotary heat exchangers is the leakage of coolants in their seals, which arise as a result of the uneven distribution of temperatures over the outer surface of the power frame carrying the main loads in the rotary disk heat exchanger of the power plant, as a result of which its mushroom-like warpage occurs and the possibility of destruction appears, which leads to disruption of the operation of power installations due to the failure of the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant.

Наименьшие утечки в уплотнениях имеют роторные каркасные дисковые теплообменники (см. авторское свидетельство СССР №1427725, МПК кл. F28D 19/00, опубл. 1961 г.). В таких теплообменниках уплотнения работают не по пористой (ребристой) поверхности теплопередающей матрицы, а по плоским дискам-щекам жесткого каркаса. Недостатком такой конструкции является то, что каркас имеет значительную температурную неравномерность. В частности, температура щеки каркаса со стороны входа воздуха и выхода охлажденного в матрице теплообменника газа имеет температуру 190-220°С, а температура щеки со стороны входа газа и выхода нагретого в теплообменнике воздуха 600-650°С. Температурная неравномерность приводит к термической грибообразной деформации каркаса и соответственно к снижению эффективности работы уплотнений теплообменника и может привести к его выходу из строя и нарушению работы всей энергетической установки.Rotary frame disk heat exchangers have the smallest leakage in the seals (see USSR inventor's certificate No. 1427725, IPC class F28D 19/00, publ. 1961). In such heat exchangers, seals work not on the porous (ribbed) surface of the heat transfer matrix, but on flat discs-cheeks of a rigid frame. The disadvantage of this design is that the frame has significant temperature unevenness. In particular, the temperature of the frame jaw on the side of the air inlet and outlet of the gas cooled in the heat exchanger matrix has a temperature of 190-220 ° C, and the temperature of the jaw on the side of the gas inlet and outlet of the air heated in the heat exchanger is 600-650 ° C. Temperature unevenness leads to thermal mushroom-like deformation of the frame and, accordingly, to a decrease in the efficiency of the heat exchanger seals and can lead to its failure and disruption of the entire power plant.

Известно устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, содержащее установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, включающий каркас с внутренним регенеративным теплообменным наполнителем и с установленными по его плоским поверхностям холодным и горячим торцевыми дисками, а по поверхности его охлаждаемого периметра установлены, по меньшей мере, две кольцевые коаксиальные U-образные теплозащитные обечайки устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, размещенные U-образными выемками навстречу одна в другой с возможностью образования по периметру каркаса Z-образного канала охлаждения периметра, выполненного с возможностью охлаждения более холодной частью рабочего тела поверхности периметра охлаждения каркаса и торцевых дисков, а колено внешней U-образной теплозащитной обечайки выполнено с возможностью контакта и теплопередачи с горячим диском (см. патент на изобретение РФ №2296930, авторы Елисеев С.Ю., Кустарев Ю.С., Костюков А.В., Крутов М.А., опубл. 10.04.2007).Known is a device for cooling the frame of a rotary disk heat exchanger of a power plant, containing a rotor mounted in the housing with the ability to rotate, including a frame with an internal regenerative heat exchange filler and with cold and hot end disks installed on its flat surfaces, and at least , two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant, placed with U-shaped recesses towards one another with the possibility of forming a Z-shaped perimeter cooling channel along the frame perimeter, made with the possibility of cooling the surface by the colder part of the working fluid cooling perimeter of the frame and end disks, and the knee of the outer U-shaped heat-shielding shell is made with the possibility of contact and heat transfer with the hot disk (see patent for invention of the Russian Federation No. 2296930, authors Elis Eev S.Yu., Kustarev Yu.S., Kostyukov A.V., Krutov M.A., publ. 10.04.2007).

Это устройство имеет наибольшее количество общих с предложением признаков и решает однотипную задачу, и по этим причинам мы принимаем его в качестве прототипа.This device has the greatest number of features in common with the proposal and solves the same type of problem, and for these reasons we accept it as a prototype.

Основными техническими результатами предложения будут улучшение теплообмена, улучшение охлаждения внешней части горячего диска и внешнего охлаждаемого периметра каркаса ротора дискового теплообменника энергетической установки путем снижения непроизводительного возвратно-колебательного теплообмена во внутреннюю часть внешней и внутренней обечаек, повышения турбулизации течения рабочего тела и увеличения местной скорости его течения в самом теплонапряженном месте, в колене U-образного канала внешней теплозащитной обечайки.The main technical results of the proposal will be improved heat transfer, improved cooling of the outer part of the hot disk and the outer cooled perimeter of the rotor frame of the disk heat exchanger of the power plant by reducing the unproductive reciprocating oscillatory heat transfer to the inner part of the outer and inner shells, increasing the turbulence of the working fluid flow and increasing the local velocity of its flow. in the most heat-stressed place, in the bend of the U-shaped channel of the outer heat-shielding shell.

Указанные технические результаты достигаются тем, что устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки содержит установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, включающий каркас с внутренним основным регенеративным теплообменным наполнителем и с установленными по его плоским поверхностям холодным и горячим торцевыми дисками, а по поверхности его охлаждаемого периметра установлены, по меньшей мере, две кольцевые коаксиальные U-образные теплозащитные обечайки устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, размещенные U-образными выемками навстречу одна в другой с возможностью образования по периметру каркаса Z-образного канала охлаждения периметра, выполненного с возможностью охлаждения более холодной частью рабочего тела поверхности периметра каркаса и торцевых дисков, а колено внешней U-образной теплозащитной обечайки выполнено с возможностью теплопередачи и контакта с горячим диском, причем внешняя часть внутренней теплозащитной обечайки, расположенная внутри U-образной выемки внешней теплозащитной обечайки, выполнена в виде дефлектора с турбулизатором-обтекателем на его конце, а внутренняя часть Z-образного канала заполнена дополнительным регенеративным наполнителем и выполнена с возможностью промежуточного регенеративного теплообмена с рабочим телом, причем внутренняя часть внешней U-образной теплозащитной обечайки и вся внутренняя поверхность внутренней теплозащитной обечайки покрыты материалом с низкой теплопроводностью.These technical results are achieved by the fact that the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant contains a rotor installed in the housing with the possibility of rotation, including the frame with an internal main regenerative heat exchange filler and with cold and hot end disks installed on its flat surfaces, and on the surface of its cooled perimeter, at least two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant, placed with U-shaped recesses towards one another with the possibility of forming a Z-shaped perimeter cooling channel around the frame perimeter, made with the possibility of cooling the colder part of the working fluid of the surface of the frame perimeter and end disks, and the knee of the outer U-shaped heat-shielding shell is made with the possibility of heat transfer and contact with the hot disk, and outside The lower part of the inner heat-shielding shell, located inside the U-shaped recess of the outer heat-shielding shell, is made in the form of a deflector with a turbulator-fairing at its end, and the inner part of the Z-shaped channel is filled with additional regenerative filler and is made with the possibility of intermediate regenerative heat exchange with the working fluid, moreover, the inner part of the outer U-shaped heat-shielding shell and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell are covered with a material with low thermal conductivity.

По дну колена внешней теплозащитной обечайки выполнено радиальное оребрение, изготовленное с возможностью интенсивного теплообмена с горячим диском.Radial ribbing is made along the bottom of the knee of the outer heat-shielding shell, made with the possibility of intensive heat exchange with the hot disk.

Вся указанная совокупность признаков позволяет достичь указанных технических результатов вследствие того, что выполнение внешней части внутренней теплозащитной обечайки, которая расположена внутри U-образной внешней теплозащитной обечайки и выполнена в виде дефлектора с турбулизатором-обтекателем на его конце, такое их выполнение незначительно сужает проходное сечение колена внешней теплозащитной обечайки, но за счет этого увеличивается скорость торообразного движения потока рабочего тела по дну внутренней части внешнего колена Z-образного канала, а по внешней его части замедляется вследствие увеличения сечения внешней кольцевой U-образной части колена, что должно увеличить турбулизацию потока во внешнем колене и улучшить теплообмен в этом месте и дальнейшее охлаждение несущих элементов внешней поверхности периметра охлаждения каркаса, что должно повысить отбор тепла от горячего диска и улучшить его охлаждение и поверхности периметра охлаждения каркаса ротора. Покрытие внутренней части внешней U-образной теплозащитной обечайки и всей внутренней поверхности внутренней теплозащитной обечайки материалом с низкой теплопроводностью должно уменьшить не производительный возвратно-колебательный теплообмен и увеличить теплосъем с несущих элементов каркаса и горячего диска. Установка внешней части внутренней теплозащитной обечайки, расположенной внутри U-образной внешней теплозащитной обечайки, и выполнение ее в виде дефлектора с турбулизатором-обтекателем на его конце приведет к интенсификации теплообмена и снижению температуры периметра охлаждения каркаса ротора и горячего диска роторного дискового теплообменника энергетической установки, что должно улучшить условия его работы.The entire specified set of features makes it possible to achieve the indicated technical results due to the fact that the execution of the outer part of the inner heat-shielding shell, which is located inside the U-shaped outer heat-shielding shell and is made in the form of a deflector with a turbulator-fairing at its end, such their implementation slightly narrows the flow section of the knee the outer heat-shielding shell, but due to this, the speed of the toroidal movement of the working fluid flow along the bottom of the inner part of the outer bend of the Z-shaped channel increases, and along its outer part it slows down due to the increase in the cross-section of the outer annular U-shaped part of the bend, which should increase the turbulization of the flow in the outer knee and improve heat transfer in this place and further cooling of the bearing elements of the outer surface of the frame cooling perimeter, which should increase heat removal from the hot disk and improve its cooling and the surface of the rotor frame cooling perimeter. Coating the inner part of the outer U-shaped heat-shielding shell and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell with a material with low thermal conductivity should reduce the non-productive reciprocating heat transfer and increase heat removal from the supporting elements of the frame and the hot disk. Installation of the outer part of the inner heat-shielding shell, located inside the U-shaped outer heat-shielding shell, and its implementation in the form of a deflector with a turbulizer-fairing at its end will lead to an intensification of heat exchange and a decrease in the temperature of the cooling perimeter of the rotor frame and the hot disk of the rotary disk heat exchanger of the power plant, which should improve his working conditions.

На фиг. 1 показана конструкция устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, расположенной по периметру каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки.FIG. 1 shows the design of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant, located along the perimeter of the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant.

На фиг. 2 показана конструкция устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, в которой элементы устройства расположены по периметру каждой теплообменной ячейки каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки.FIG. 2 shows the design of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant, in which the elements of the device are located along the perimeter of each heat exchange cell of the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant.

На фиг. 3 показаны эпюры скоростей в каналах устройства охлаждения и распределения температур в стенках каркаса теплообменника:FIG. 3 shows the diagrams of velocities in the channels of the cooling device and the temperature distribution in the walls of the heat exchanger frame:

а) только с дефлектором,a) only with a deflector,

б) дефлектор с плоским турбулизатором-обтекателем,b) a deflector with a flat turbulizer-fairing,

в) дефлектор с каплевидным турбулизатором-обтекателем.c) a deflector with a drop-shaped turbulator-fairing.

Устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, содержащее установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, включающий каркас 1 с внутренним основным регенеративным теплообменным наполнителем 2 и с установленными по его плоским поверхностям холодным 3 и горячим 4 торцевыми дисками, а по его поверхности 10 охлаждаемого периметра установлены, по меньшей мере, две кольцевые коаксиальные U-образные теплозащитные обечайки 5 и 6 устройства охлаждения каркаса 1 роторного дискового теплообменника энергетической установки, размещенные U-образными выемками 7 и 8 навстречу одна в другой с возможностью образования по периметру каркаса 1 Z-образного канала 9 охлаждения периметра, выполненного с возможностью охлаждения более холодной частью рабочего тела поверхности 10 периметра охлаждения каркаса 1 и торцевых дисков 3 и 4, а колено 11 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 выполнено с возможностью теплопередачи и контакта с горячим диском 4, отличающееся тем, что внешняя часть 12 внутренней теплозащитной обечайки 6, расположенная внутри U-образной выемки 7 внешней теплозащитной обечайки 5, выполнена в виде дефлектора 13 с турбулизатором-обтекателем 14 на его конце, а внутренняя часть 15 Z-образного канала 9 заполнена дополнительным регенеративным наполнителем 16 и выполнена с возможностью промежуточного регенеративного теплообмена с рабочим телом, причем внутренняя часть 17 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 и вся внутренняя поверхность внутренней теплозащитной обечайки 6 покрыты материалом 18 с низкой теплопроводностью.A device for cooling the frame of a rotary disk heat exchanger of a power plant, containing a rotor installed in the housing with the possibility of rotation, including a frame 1 with an internal main regenerative heat exchange filler 2 and with cold 3 and hot 4 end disks installed on its flat surfaces, and 10 of a cooled perimeter along its surface installed at least two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells 5 and 6 of the cooling device for the frame 1 of the rotary disk heat exchanger of the power plant, placed U-shaped recesses 7 and 8 towards one another with the possibility of forming a Z-shaped channel around the frame 1 9 cooling the perimeter, made with the possibility of cooling the colder part of the working fluid of the surface 10 of the cooling perimeter of the frame 1 and end disks 3 and 4, and the knee 11 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 is made with the possibility of heat transfer and contact with the hot disk 4, ex due to the fact that the outer part 12 of the inner heat-shielding shell 6, located inside the U-shaped recess 7 of the outer heat-shielding shell 5, is made in the form of a deflector 13 with a turbulator-fairing 14 at its end, and the inner part 15 of the Z-shaped channel 9 is filled with additional regenerative filler 16 and is made with the possibility of intermediate regenerative heat exchange with the working fluid, and the inner part 17 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 are covered with a material 18 with low thermal conductivity.

По дну колена 11 внешней теплозащитной обечайки 5 выполнено радиальное оребрение 19, изготовленное с возможностью интенсивного теплообмена с горячим диском 4.On the bottom of the knee 11 of the outer heat-shielding shell 5, radial ribbing 19 is made, made with the possibility of intensive heat exchange with the hot disk 4.

Для упрощения и адекватного понимания всех терминов в различных конструктивных модификациях устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, соответствующего признакам формулы, следует пояснить, что внутренняя и наружная части теплозащитной обечайки должны определяться следующим образом: внутренняя часть или теплозащитная обечайка расположена ближе к основному регенеративному наполнителю 2 каркаса или отдельной теплообменной ячейки, а наружная часть или теплозащитная обечайка расположена ближе к несущему силовые нагрузки каркасу 1.To simplify and adequately understand all the terms in various structural modifications of the cooling device for the frame of a rotary disk heat exchanger of a power plant, corresponding to the characteristics of the formula, it should be explained that the inner and outer parts of the heat-shielding shell should be defined as follows: the inner part or the heat-shielding shell is located closer to the main regenerative filler 2 frames or a separate heat exchange cell, and the outer part or heat-shielding shell is located closer to the frame carrying the power loads 1.

Самая простая модификация конструкции устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки показана на фиг. 1, в которой регенеративный наполнитель 2 (условно показан только до осевой линии, остальная часть регенеративного наполнителя и каркаса абсолютно симметрична относительно осевой) занимает все внутреннее пространство каркаса 1, а его силовые несущие элементы расположены по внешнему периметру с поверхностью 10 периметра охлаждения. Устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки содержит установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, включающий каркас 1 с внутренним основным регенеративным теплообменным наполнителем 2 и с установленными по его плоским поверхностям холодным 3 и горячим 4 торцевым дискам, а по его поверхности 10 периметра охлаждения установлены, по меньшей мере, две кольцевые коаксиальные U-образные теплозащитные обечайки 5 и 6 устройства охлаждения каркаса 1 роторного дискового теплообменника энергетической установки, размещенные U-образными выемками 7 и 8 навстречу одна в другой с возможностью образования по периметру каркаса 1 Z-образного канала 9 охлаждения периметра, выполненного с возможностью охлаждения более холодной частью рабочего тела поверхности 10 периметра охлаждения каркаса 1 и торцевых дисков 3 и 4, а колено 11 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 выполнено с возможностью теплопередачи и контакта с горячим диском 4, причем внешняя часть 12 внутренней теплозащитной обечайки 6, расположенная внутри U-образной внешней теплозащитной обечайки 5, выполнена в виде дефлектора 13 с турбулизатором-обтекателем 14 на его конце, а внутренняя часть 15 Z-образного канала 9 заполнена дополнительным регенеративным наполнителем 16 и выполнена с возможностью промежуточного регенеративного теплообмена с рабочим телом, причем внутренняя часть 17 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 и вся внутренняя поверхность внутренней теплозащитной обечайки 6 покрыты материалом 18 с низкой теплопроводностью.The simplest modification of the design of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant is shown in Fig. 1, in which the regenerative filler 2 (conventionally shown only up to the axial line, the rest of the regenerative filler and the frame is absolutely symmetrical with respect to the axial one) occupies the entire internal space of the frame 1, and its load-bearing elements are located along the outer perimeter with the surface 10 of the cooling perimeter. The device for cooling the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant contains a rotor installed in the housing with the possibility of rotation, including the frame 1 with an internal main regenerative heat exchange filler 2 and with cold 3 and hot 4 end disks installed on its flat surfaces, and 10 cooling perimeters are installed on its surface at least two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells 5 and 6 of the cooling device for the frame 1 of the rotary disk heat exchanger of the power plant, placed with U-shaped recesses 7 and 8 towards one another with the possibility of forming a Z-shaped channel 9 around the frame 1 cooling of the perimeter, made with the possibility of cooling the colder part of the working fluid of the surface 10 of the cooling perimeter of the frame 1 and end disks 3 and 4, and the knee 11 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 is made with the possibility of heat transfer and contact with the hot disk 4, and outside The lower part 12 of the inner heat-shielding shell 6, located inside the U-shaped outer heat-shielding shell 5, is made in the form of a deflector 13 with a turbulator-fairing 14 at its end, and the inner part 15 of the Z-shaped channel 9 is filled with additional regenerative filler 16 and is made with the possibility intermediate regenerative heat exchange with the working fluid, and the inner part 17 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 are covered with a material 18 with low thermal conductivity.

По дну колена 11 внешней теплозащитной обечайки 5 выполнено радиальное оребрение 19, изготовленное с возможностью интенсивного теплообмена с горячим диском 4. Радиальное расположение оребрения 19 необходимо понимать, как его расположение вдоль направления движения потока по всему периметру охлаждения Z-образного канала 9 по направлению радиусов, проходящих через ось вращения теплообменника.Radial ribbing 19 is made along the bottom of the knee 11 of the outer heat-shielding shell 5, made with the possibility of intensive heat exchange with the hot disk 4. The radial arrangement of the ribbing 19 must be understood as its location along the direction of flow along the entire cooling perimeter of the Z-shaped channel 9 in the direction of the radii, passing through the axis of rotation of the heat exchanger.

Работает устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки следующим образом.The device for cooling the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant operates as follows.

При поступлении в роторный дисковый теплообменник горячего газа, который разогревает основной регенеративный наполнитель 2, часть газа отделяется и поступает в Z-образный канал 9, во внутренней части которого расположен заранее переохлажденный дополнительный регенеративный наполнитель 16, газ охлаждается и, двигаясь по Z-образному каналу 9, из внутренней теплозащитной обечайки 6 поступает во внешнюю теплозащитную обечайку 5, доходит до ее колена 11, где отклоняется от прямолинейного движения дефлектором 13, образует торообразный поток, скорость торообразного движения потока уменьшается, который обтекает радиальное оребрение 19 и турбулизатор-обтекатель 14 и на нем интенсивно завихряется, то есть турбулизируется, что приведет к интенсификации охлаждения примыкающей к колену 11 части горячего диска 4 и в дальнейшем всей поверхности 10 внешнего периметра охлаждения каркаса 1. Далее газ из Z-образного канала 9 выходит и смешивается с основным потоком охлажденного газа из основного регенеративного наполнителя 2. При этом покрытие внутренней части внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 и всей внутренней поверхности внутренней теплозащитной обечайки 6 материалом 18 с низкой теплопроводностью должно уменьшить не производительный возвратно-колебательный теплообмен и увеличить теплосъем с несущих элементов каркаса 1 и горячего диска 4.When hot gas enters the rotary disk heat exchanger, which heats up the main regenerative filler 2, part of the gas is separated and enters the Z-shaped channel 9, in the inner part of which there is a previously supercooled additional regenerative filler 16, the gas is cooled and, moving along the Z-shaped channel 9, from the inner heat-shielding shell 6 enters the outer heat-shielding shell 5, reaches its knee 11, where it deviates from the rectilinear movement by the deflector 13, forms a toroidal flow, the speed of the toroidal flow decreases, which flows around the radial fins 19 and the turbulizer-fairing 14 and onto it swirls intensively, that is, it is turbulized, which will lead to intensification of cooling of the part of the hot disk 4 adjacent to the knee 11 and subsequently to the entire surface 10 of the outer perimeter of the frame 1 cooling. Further, the gas from the Z-shaped channel 9 comes out and mixes with the main flow of cooled gas from main regenerator In this case, the coating of the inner part of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 with material 18 with low thermal conductivity should reduce inefficient reciprocating heat transfer and increase heat removal from the supporting elements of the frame 1 and the hot disk 4.

При поступлении в роторный дисковый теплообменник холодного воздуха часть его отделяется от основного потока и поступает во внешнюю часть Z-образного канала 9, где интенсивно охлаждает поверхность 10 периметра охлаждения каркаса 1, а при достижении колена 11 поток воздуха отклоняется от прямолинейного движения дефлектором 13 образуетторообразный поток, скорость торообразного движения потока увеличивается, он обтекает турбулизатор-обтекатель 14 и на нем интенсивно завихряется, то есть турбулизируется, что приведет к интенсификации охлаждения примыкающей к колену 11 части горячего диска 4 и в дальнейшем поступает во внутреннюю часть Z-образного канала 9, где интенсивно охлаждает дополнительный регенеративный наполнитель 16 и далее поступает в основной поток нагретого воздуха из основного регенеративного наполнителя 2.When cold air enters the rotary disk heat exchanger, part of it is separated from the main flow and enters the outer part of the Z-shaped channel 9, where it intensively cools the surface 10 of the cooling perimeter of the frame 1, and upon reaching the knee 11, the air flow deviates from the rectilinear movement by the deflector 13 forms a toroidal flow , the speed of the toroidal flow increases, it flows around the turbulizer-fairing 14 and swirls intensively on it, that is, it is turbulized, which will lead to intensification of cooling of the part of the hot disk 4 adjacent to the knee 11 and then enters the inner part of the Z-shaped channel 9, where intensively cools the additional regenerative filler 16 and then enters the main stream of heated air from the main regenerative filler 2.

Более сложная модификация конструкции устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки показана на фиг. 2, в которой регенеративный наполнитель 2 (условно показан только до осевой линии теплообменной ячейки, остальная часть регенеративного наполнителя и каркаса абсолютно симметрична относительно осевой) занимает не все внутреннее пространство каркаса 1, состоящего из отдельных частей, так называемых теплообменных ячеек, а только их внутреннюю часть. Конструкция теплообменных ячеек полностью повторяет конструкцию каркаса устройства охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника энергетической установки, показанной на фиг. 1, а его силовые несущие элементы расположены по внешней поверхности 10 периметра охлаждения каждой отдельной теплообменной ячейки. Устройство охлаждения каркаса 1 роторного дискового теплообменника энергетической установки, так же как и в предыдущей модификации, содержит установленный в корпусе с возможностью вращения ротор, включающий каркас 1 с внутренним основным регенеративным теплообменным наполнителем 2, размещенным в теплообменных ячейках, (см. фиг. 2), и с установленными по его плоским поверхностям холодным 3 и горячим 4 торцевым дискам, а по поверхности 10 периметра охлаждения каждой теплообменной ячейки установлены, по меньшей мере, две кольцевые коаксиальные U-образные теплозащитные обечайки 5 и 6 устройства охлаждения каркаса 1 роторного дискового теплообменника энергетической установки, размещенные U-образными выемками 7 и 8 навстречу одна в другой с возможностью образования по периметру каркаса 1 Z-образного канала 9 периметра охлаждения, выполненного с возможностью охлаждения более холодной частью рабочего тела поверхности 10 периметра охлаждения каркаса 1 и торцевых дисков 3 и 4, а колено 11 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 выполнено с возможностью теплопередачи и контакта с горячим диском 4, причем внешняя часть 12 внутренней теплозащитной обечайки 6, расположенная внутри U-образной внешней теплозащитной обечайки 5, выполнена в виде дефлектора 13 с турбулизатором-обтекателем 14 на его конце, а внутренняя часть 15 Z-образного канала 9 заполнена дополнительным регенеративным наполнителем 16 и выполнена с возможностью промежуточного регенеративного теплообмена с рабочим телом, причем внутренняя часть 17 внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 и вся внутренняя поверхность внутренней теплозащитной обечайки 6 покрыты материалом 18 с низкой теплопроводностью.A more complex modification of the design of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant is shown in Fig. 2, in which the regenerative filler 2 (conventionally shown only up to the axial line of the heat exchange cell, the rest of the regenerative filler and the frame is absolutely symmetrical with respect to the axial one) does not occupy the entire internal space of the frame 1, consisting of separate parts, the so-called heat exchange cells, but only their internal part. The design of the heat exchange cells completely repeats the design of the frame of the cooling device for the frame of the rotary disk heat exchanger of the power plant shown in FIG. 1, and its load-bearing elements are located along the outer surface 10 of the cooling perimeter of each individual heat exchange cell. The cooling device of the frame 1 of the rotary disk heat exchanger of the power plant, as in the previous modification, contains a rotor installed in the housing with the possibility of rotation, including the frame 1 with an internal main regenerative heat exchange filler 2 placed in the heat exchange cells (see Fig. 2) , and with installed on its flat surfaces cold 3 and hot 4 end disks, and on the surface 10 of the cooling perimeter of each heat exchange cell, at least two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells 5 and 6 of the cooling device for the frame 1 of the rotary disk heat exchanger of the energy installations placed with U-shaped recesses 7 and 8 towards each other with the possibility of forming a Z-shaped channel 9 of the cooling perimeter around the perimeter of the frame 1, made with the possibility of cooling the surface 10 of the cooling perimeter of the frame 1 and end disks 3 and 4 by the colder part of the working medium , and knee 11 externally th U-shaped heat-shielding shell 5 is made with the possibility of heat transfer and contact with the hot disk 4, and the outer part 12 of the inner heat-shielding shell 6, located inside the U-shaped outer heat-shielding shell 5, is made in the form of a deflector 13 with a turbulizer-fairing 14 at its end , and the inner part 15 of the Z-shaped channel 9 is filled with additional regenerative filler 16 and is made with the possibility of intermediate regenerative heat exchange with the working fluid, and the inner part 17 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 are covered with a material 18 with low thermal conductivity.

По дну колена 11 внешней теплозащитной обечайки 5 каждой теплообменной ячейки выполнено радиальное оребрение 19, изготовленное с возможностью интенсивного теплообмена с горячим диском 4. Радиальное расположение оребрения 19 необходимо понимать, как его расположение вдоль направления движения потока по всему периметру охлаждения Z-образного канала 9 каждой теплообменной ячейки по направлению радиусов, проходящих через соответствующую ось симметрии каждой теплообменной ячейки теплообменника.Radial ribbing 19 is made along the bottom of the knee 11 of the outer heat-shielding shell 5 of each heat exchange cell, made with the possibility of intensive heat exchange with the hot disk 4. The radial arrangement of the ribbing 19 must be understood as its location along the direction of flow along the entire cooling perimeter of the Z-shaped channel 9 of each the heat exchange cell in the direction of the radii passing through the corresponding axis of symmetry of each heat exchange cell of the heat exchanger.

Работает устройство охлаждения каркаса роторного дискового теплообменника, состоящего из множества теплообменных ячеек, следующим образом.A device for cooling the frame of a rotary disk heat exchanger, consisting of a plurality of heat exchange cells, operates as follows.

При поступлении в роторный дисковый теплообменник горячего газа, который разогревает основной регенеративный наполнитель 2 в каждой теплообменной ячейке, часть газа отделяется и поступает в Z-образный канал 9, во внутренней части которого расположен заранее переохлажденный регенеративный наполнитель 16, газ охлаждается и двигаясь по Z-образному каналу 9 из внутренней теплозащитной обечайки 6 поступает во внешнюю теплозащитную обечайку 5, доходит до ее колена 11, где отклоняется от прямолинейного движения дефлектором 13, образует торообразный поток, скорость торообразного движения потока уменьшается, который обтекает радиальное оребрение 19 и турбулизатор-обтекатель 14 и на нем интенсивно завихряется, то есть турбулизируется, что приведет к интенсификации охлаждения примыкающей к колену 11 части горячего диска 4 и в дальнейшем всей поверхности 10 внешнего периметра охлаждения каждой теплообменной ячейки каркаса 1. Далее газ из Z-образного канала 9 выходит и смешивается с основным потоком охлажденного газа из основного регенеративного наполнителя 2. При этом покрытие внутренней части внешней U-образной теплозащитной обечайки 5 и всей внутренней поверхности внутренней теплозащитной обечайки 6 материалом 18 с низкой теплопроводностью должно уменьшить не производительный возвратно-колебательный теплообмен и увеличить теплосъем с несущих элементов каркаса и горячего диска.When hot gas enters the rotary disk heat exchanger, which heats up the main regenerative filler 2 in each heat exchange cell, part of the gas is separated and enters the Z-shaped channel 9, in the inner part of which a precooled regenerative filler 16 is located, the gas is cooled and moving along Z- shaped channel 9 from the inner heat-shielding shell 6 enters the outer heat-shielding shell 5, reaches its knee 11, where it deviates from rectilinear movement by the deflector 13, forms a toroidal flow, the speed of the toroidal flow decreases, which flows around the radial fins 19 and the turbulizer-fairing 14 and it swirls intensively, that is, it is turbulized, which will lead to intensification of cooling of the part of the hot disk 4 adjacent to the knee 11 and subsequently to the entire surface 10 of the outer perimeter of cooling of each heat exchange cell of the frame 1. Further, the gas from the Z-shaped channel 9 comes out and mixes with the main stream m of cooled gas from the main regenerative filler 2. In this case, the coating of the inner part of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 with material 18 with low thermal conductivity should reduce the non-productive reciprocating heat exchange and increase the heat removal from the supporting elements of the frame and hot disk.

При поступлении в роторный дисковый теплообменник холодного воздуха часть его отделяется от основного потока и поступает во внешнюю часть Z-образного канала 9 каждой теплообменной ячейки, где интенсивно охлаждает поверхность 10 периметра охлаждения несущих элементов каркаса 1, а при достижении колена 11 отклоняется от прямолинейного движения дефлектором 13 и обтекает радиальное оребрение 19 и турбулизатор-обтекатель 14, образует торообразный поток, скорость торообразного движения потока увеличивается, он обтекает турбулизатор-обтекатель 14 и на нем интенсивно завихряется, то есть турбулизируется, что приведет к интенсификации охлаждения примыкающей к колену 11 части горячего диска 4 и в дальнейшем поступает во внутреннюю часть Z-образного канала 9 каждой теплообменной ячейки, где интенсивно охлаждает регенеративный наполнитель 16 и далее поступает в основной поток нагретого воздуха из основного регенеративного наполнителя 2.When cold air enters the rotary disk heat exchanger, part of it is separated from the main stream and enters the outer part of the Z-shaped channel 9 of each heat exchange cell, where it intensively cools the surface 10 of the cooling perimeter of the frame supporting elements 1, and upon reaching the knee 11 it deviates from the rectilinear movement by a deflector 13 and flows around the radial fins 19 and the turbulator-fairing 14, forms a toroidal flow, the speed of the toroidal flow increases, it flows around the turbulator-fairing 14 and swirls intensively on it, that is, it is turbulized, which will lead to intensification of cooling of the part of the hot disk adjacent to the knee 11 4 and then enters the inner part of the Z-shaped channel 9 of each heat exchange cell, where it intensively cools the regenerative filler 16 and then enters the main stream of heated air from the main regenerative filler 2.

На фиг. 3а, 3б и 3в показаны распределение скоростей и температур потоков при различных видах турбулизатора-обтекателя 14.FIG. 3a, 3b and 3c show the distribution of flow velocities and temperatures for different types of turbulator-fairing 14.

На фиг. 3а показано распределение скоростей и температур потоков при наличии только одного дефлектора. Там имеются застойные зоны, и теплообмен с горячим диском 4 недостаточен для необходимого охлаждения.FIG. 3a shows the distribution of flow rates and temperatures in the presence of only one deflector. There are stagnant zones, and the heat exchange with the hot disk 4 is insufficient for the required cooling.

На фиг. 3б показано распределение скоростей и температур потоков при наличии не только дефлектора 13, но одного плоского турбулизатора-обтекателя 14, но этого недостаточно. Застойных зон нет, но имеется излишняя турбулизация потока из-за плоской формы турбулизатора-обтекателя 14.FIG. 3b shows the distribution of velocities and temperatures of flows in the presence of not only a deflector 13, but one flat turbulizer-fairing 14, but this is not enough. There are no stagnant zones, but there is excessive turbulization of the flow due to the flat shape of the turbulator-fairing 14.

На фиг. 3в показано распределение скоростей и температур потоков при наличии не только дефлектора 13, но и одного каплевидного турбулизатора-обтекателя 14. Застойных зон нет, и поток должным образом обтекает турбулизатор-обтекатель 14, распределение скоростей и температур происходит оптимальным образом. Теплообмен с горячим диском 4 идет интенсивно.FIG. 3c shows the distribution of flow velocities and temperatures in the presence of not only a deflector 13, but also one drop-shaped turbulizer-fairing 14. There are no stagnant zones, and the flow properly flows around the turbulizer-fairing 14, the distribution of speeds and temperatures is optimal. Heat exchange with the hot disk 4 is intense.

На основании изложенного можно утверждать следующее.Based on the above, the following can be stated.

Предложение имеет отличия от известной конструкции, а при его использовании достигаются новые технические результаты, которые не могут быть получены при работе известного регенеративного подогревателя рабочего тела и энергетической установки, следовательно, соответствует критерию охраноспособности полезной модели «новизна».The proposal differs from the known design, and when using it, new technical results are achieved that cannot be obtained with the operation of the known regenerative heater of the working fluid and the power plant, therefore, it meets the criterion of protection of the utility model "novelty".

Claims

1. A device for cooling the frame of a rotary disk heat exchanger of a power plant, containing a rotor installed in the housing with the possibility of rotation, including a frame 1 with an internal main regenerative heat exchange filler 2 and with cold 3 and hot 4 end disks installed on its flat surfaces, and on its surface 10 of the cooled perimeter, at least two annular coaxial U-shaped heat-shielding shells 5 and 6 of the cooling device for the frame 1 of the rotary disk heat exchanger of the power plant are installed, placed with U-shaped recesses 7 and 8 towards one another with the possibility of forming the frame 1 Z- shaped channel 9 for cooling the perimeter, made with the possibility of cooling the colder part of the working fluid of the surface 10 of the cooling perimeter of the frame 1 and end disks 3 and 4, and the knee 11 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 is made with the possibility of heat transfer and contact with the hot disk 4, characterized in that the outer part 12 of the inner heat-shielding shell 6, located inside the U-shaped recess 7 of the outer heat-shielding shell 5, is made in the form of a deflector 13 with a turbulator-fairing 14 at its end, and the inner part 15 of the Z-shaped channel 9 is filled with additional regenerative filler 16 and is made with the possibility of intermediate regenerative heat exchange with the working fluid, and the inner part 17 of the outer U-shaped heat-shielding shell 5 and the entire inner surface of the inner heat-shielding shell 6 are covered with a material 18 with low thermal conductivity.

2. The device according to claim 1, characterized in that radial ribbing 19 is made along the bottom of the knee 11 of the outer heat-shielding shell 5, made with the possibility of intensive heat exchange with the hot disk 4.