Результат интеллектуальной деятельности: РАЗДАЮЩАЯ КАМЕРА

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано в раздающих коллекторных системах устройств.

Известна раздающая камера, содержащая корпус и днище, центральную подводящую трубу, ступень на корпусе, трубную доску и дросселирующую решетку перед ней, установленные в кольцевом канале, образованном подводящей трубой и корпусом [Митенков Ф.М., Головко В.Ф., Ушаков П.А. и др. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС. Под общей ред. Ф.М. Митенкова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С.55-58].

Недостатком известного устройства является то, что в его проточной части используют дополнительный конструктивный элемент - дросселирующую решетку, которая усложняет конструкцию проточной части устройства и не позволяет в полной мере обеспечить необходимое распределение скорости (расхода) на выходе из раздающей камеры.

Известна раздающая камера, содержащая корпус и днище, центральную подводящую трубу, ступень на корпусе, трубную доску и систему направляющих устройств, установленную в раздающей камере [Митенков Ф.М., Головко В.Ф., Ушаков П.А. и др. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС. Под общей ред. Ф.М. Митенкова. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - С.55-58].

Недостатком известного устройства является то, что в его проточной части используют дополнительный конструктивный элемент - систему направляющих устройств, которая усложняет конструкцию проточной части устройства и не позволяет в полной мере обеспечить необходимое распределение скорости (расхода) на выходе из раздающей камеры.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно обеспечение необходимого распределения скорости рабочей среды на выходе из раздающей камеры без использования дополнительных конструктивных элементов.

Указанные технические решения не имеют непосредственного отношения к заявленному техническому решению, так как они представляют собой цилиндрические системы, а заявленное техническое решение - плоскую систему.

Для исключения указанных недостатков в раздающей камере, ограниченной снаружи корпусом и днищем, предлагается:

- центральный подводящий канал и два боковых отводящих канала соединить между собой через зазоры между днищем и торцевыми частями внутренних стенок;

- корпус образовать двумя наружными стенками;

- в каждом боковом отводящем канале параллельно стенкам корпуса с зазором по отношению друг другу установить систему пластин, образующую каналы для прохода рабочей среды;

- центральный подводящий канал отделить от боковых отводящих каналов внутренними стенками, ориентированными вдоль стенок корпуса;

- наружные и внутренние стенки, днище и систему пластин выполнить из установленных вертикально плоских пластин;

- коэффициент пористости системы пластин обеспечить в диапазоне от 0,3 до 0,8;

- соотношения размеров раздающей камеры обеспечить с учетом взаимосвязей: во-первых, высоты раздающей камеры и ширины центрального подводящего канала; во-вторых, высоты входа в нее и ширины центрального подводящего канала; в-третьих, высоты раздающей камеры, высоты входа в нее и ширины центрального подводящего канала; в-четвертых, полуширины нижней части корпуса, ширины центрального подводящего канала, высоты раздающей камеры и высоты входа в нее и ширины наружной части центрального подводящего канала; в-пятых, расстояния от днища до ступени на корпусе соответственно с высотой раздающей камеры и с шириной центрального подводящего канала, полушириной нижней части корпуса и высотой входа в раздающую камеру и, в-шестых, полуширины нижней части корпуса, ширины центрального подводящего канала и высоты входа в раздающую камеру;

- размеры проточной части раздающей камеры связать с ее гидродинамическими характеристиками соотношением, учитывающим средние скорости рабочей среды в канале системы пластин и в каналах системы пластин, полуширину верхней части корпуса, ширину наружной части центрального подводящего канала, текущую полуширину системы пластин, три эмпирические коэффициента и ширину падающей на систему пластин струи рабочей среды.

В частных случаях выполнения раздающей камеры предлагается следующее:

Во-первых, при одном сочетании высоты раздающей камеры, расстояния от днища до ступени на корпусе и полуширины верхней и нижней частей корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры и ее гидродинамическими характеристиками, ширину падающей на систему пластин струи рабочей среды рассчитывать по соотношению, учитывающему полуширину нижней и верхней частей корпуса, ширину центрального подводящего канала, высоту раздающей камеры и высоту входа в нее.

Во-вторых, при другом сочетании высоты раздающей камеры, расстояния от днища до ступени на корпусе и полуширины верхней и нижней частей корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры и ее гидродинамическими характеристиками, ширину падающей на систему пластин струи рабочей среды рассчитывать по соотношению, учитывающему высоту раздающей камеры и высоту входа в нее, расстояние от днища до ступени на корпусе, полуширину нижней части корпуса и ширину центрального подводящего канала.

В-третьих, при двух сочетаниях высоты раздающей камеры и высоты входа в нее, ширины центрального подводящего канала и полуширины нижней части корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры и ее гидродинамическими характеристиками, использовать по три постоянных эмпирических коэффициента.

В-четвертых, при третьем сочетании высоты раздающей камеры и высоты входа в нее, ширины центрального подводящего канала и полуширины нижней части корпуса в соотношении, определяющем взаимосвязь размеров проточной части раздающей камеры с ее гидродинамическими характеристиками, использовать два постоянных эмпирических коэффициента и эмпирический коэффициент, зависящий от текущей полуширины системы пластин, ширины наружной части центрального подводящего канала и полуширины верхней части корпуса.

Вид сверху на один из вариантов исполнения раздающей камеры представлен на фигуре, на которой приняты следующие обозначения: 1 - боковой отводящий канал; 2 - внутренняя стенка; 3 - днище; 4 - канал системы пластин; 5 - наружная стенка; 6 - раздающая камера; 7 - система пластин; 8 - ступень; 9 - центральный подводящий канал.

Сущность предложенного технического решения состоит в следующем.

Раздающая камера 6 ограничена снаружи корпусом и днищем 3 и соединяет между собой центральный подводящий канал 9 и два боковых отводящих канала 1 через зазоры между днищем 3 и торцевыми частями внутренних стенок 2.

Корпус образован двумя наружными стенками 5.

В каждом боковом отводящем канале 1 параллельно стенкам корпуса с зазором по отношению друг другу установлена система пластин 7, образующая каналы 4 для прохода рабочей среды через систему пластин 7.

Центральный подводящий канал 9 отделен от боковых отводящих каналов 1 внутренними стенками 2, ориентированными вдоль стенок корпуса.

Наружные 5 и внутренние 2 стенки, днище 3 и система пластин 7 установлены вертикально и выполнены из плоских пластин.

Коэффициент пористости системы пластин соответствует диапазону от 0,3 до 0,8.

Соотношения размеров раздающей камеры 6 соответствуют условиям:

где H - высота раздающей камеры 6, м; l₀ - ширина центрального подводящего канала 9, м; h - высота входа в раздающую камеру 6, м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м; L₀ - ширина наружной части центрального подводящего канала 9, м; h₀ - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м.

Размеры проточной части раздающей камеры 6 связаны с ее гидродинамическими характеристиками следующим соотношением

где u - средняя скорость рабочей среды в канале 4 системы пластин 7, м/с; - средняя скорость рабочей среды в каналах 4 системы пластин 7, м/с; - максимальная относительная средняя скорость рабочей среды в каналах 4 системы пластин 7 в целом; L - ширина падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды, м; l₂ - полуширина верхней части корпуса, м; L₀ - ширина наружной части центрального подводящего канала 9, м; b₁ - эмпирический коэффициент; l_b - эмпирический коэффициент; l - текущая полуширина системы пластин, м; А - эмпирический коэффициент.

Для частных случаев исполнения раздающей камеры 6 характерно следующее.

Во-первых, при соотношении размеров проточной части раздающей камеры 6, отвечающем условию

где Н - высота раздающей камеры 6, м; h₀ - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м; l₂ - полуширина верхней части корпуса, м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м

ширину падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды определяют по соотношению:

где L - ширина падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды, м; l₂ - полуширина верхней части корпуса, м; l₀ - ширина центрального подводящего канала 9,м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м; h - высота входа в раздающую камеру 6, м; Н - высота раздающей камеры 6,м.

Во-вторых, при соотношении размеров проточной части раздающей камеры, отвечающем условию

где Н - высота раздающей камеры 6, м; h₀ - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м; l₂ - полуширина верхней части корпуса, м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м,

ширину падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды определяют по соотношению:

где L - ширина падающей на систему пластин 7 струи рабочей среды, м; Н - высота раздающей камеры 6, м; h₀ - расстояние от днища 3 до ступени 8 на корпусе, м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м; l₀ - ширина центрального подводящего канала 9, м, и h - высота входа в раздающую камеру 6, м.

В-третьих, в раздающих камерах 6 с соотношениями размеров, отвечающими условиям

где Н - высота раздающей камеры 6, м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м; l₀ - ширина центрального подводящего канала 9, м и h - высота входа в раздающую камеру 6, м,

эмпирические коэффициенты в соотношении (7) равны

b₁=4,4; l_b=0,87 и А=0,

где b₁ - эмпирический коэффициент; l_b - эмпирический коэффициент; А - эмпирический коэффициент.

В-четвертых, в раздающей камере 6 с соотношением размеров проточной части, отвечающим условию

где где Н - высота раздающей камеры 6, м; l₁ - полуширина нижней части корпуса, м; l₀ - ширина центрального подводящего канала 9, м, и h - высота входа в раздающую камеру 6, м,

эмпирические коэффициенты в соотношении (7) равны

b₁=9; l_b=0,72 и

где b₁ - эмпирический коэффициент; l_b - эмпирический коэффициент; А - эмпирический коэффициент; l - текущая полуширина системы пластин 7; L₀ - ширина наружной части центрального подводящего канала 9, м, и l₂ - полуширина верхней части корпуса, м.

Использованные в соотношениях (1÷14) обозначения конструктивных элементов раздающей камеры 6 представлены на фигуре.

Соотношения по определению гидродинамических неравномерностей на выходе из осесимметричной раздающей камеры 6 разработаны с учетом закона сохранения массы в предположении о постоянстве теплофизических свойств рабочей среды и струйном характере ее течения.

При выводе расчетных соотношений приняты следующие предположения.

При движении плоских полузатопленных струй вдоль части днища 3, расположенной после участка их стабилизации, и вдоль корпуса происходит увеличение площади их поперечного сечения, сопровождающееся уменьшением скорости рабочей среды в ней. Плоские полузатопленные струи в районе ступени 8 на корпусе преобразуются в соответствующие свободные полузатопленные струи.

Угол одностороннего расширения затопленных и полузатопленных струй составляет 12°.

Соотношение (4) соответствует условию попадания внутренней боковой поверхности струй на систему пластин 7, соотношение (5) определяет взаимное положение системы пластин 7, ступени 8 на корпусе и места формирования в результате поворота полузатопленной струи на нижней части корпуса, а соотношение (6) соответствует - условию движения плоской полузатопленной струи вдоль средней части днища 3.

Течение рабочей среды в проточной части раздающей камеры 6 осуществляется следующим образом.

Вышедшая из центрального подводящего канала 9 во входную часть раздающей камеры 6 струя рабочей среды в результате поворота на днище 3 делится во входной части раздающей камеры 6 на две части. Каждая из образовавшихся частей рабочей среды после участков стабилизации преобразуется в плоские полузатопленные струи, движущиеся от центра днища 3 на его периферию. В зазоре между торцевыми частями внутренних стенок 2 и днищем 3 происходит дросселирование потока. Плоские полузатопленные струи изменяют направление движения в нижней части корпуса и после прохождения ступени 8 на нем преобразуются в плоские затопленные струи. При попадании струй на систему пластин 7 одна часть потока рабочей среды входит в каналы 4 системы пластин 7, расположенные в месте встречи струи, другая часть потока растекается вдоль системы пластин 7 с изменением расхода по пути. Затем рабочая среда проходит каналы 4 системы пластин 7 и выходит в соответствующие боковые отводящие каналы 1.

Пример конкретного выполнения раздающей камеры

Раздающая камера 2 имеет следующие соотношения размеров: (Н-h)/l₀=0,75; h/l₀=0,41; H/l₀=1,16; L₀/l₀=1,03; l₁/l₀=l,38; l₂/l₀=1,42; L₀/l₀=1,03 и h₀/l₀=0,94. В каждой из двух частей системы пластин 7 по 6 каналов 4 и 6 пластин. Коэффициент пористости системы пластин 7 (ε) равен 0,5. При этом число Рейнольдса в центральном подводящем канале 1 (Re) равно 3,7·10⁴. В результате сопоставления результатов расчета по соотношению (7) с опытными данными, полученными для указанной конструкции раздающей камеры 6, показано, что отличие относительной скорости в соответствующих каналах 4 системы пластин 7 не превышает ±15%.

Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей устройства при обеспечении заданной гидродинамической неравномерности на выходе из раздающей камеры 6 и упрощении ее конструкции.