5.3. Витые змеевики
Трубчатка такой конструкции имеет вид цилиндрической пружины (рис. 5.4). Она характеризуется радиусом Rнав и шагом Ннав навивки. Может выполняться как одно-, так и многозаходной.
Рис. 5.4. Схема витой теплообменной поверхности в форме цилиндрического змеевика; dтр – диаметр трубки; Ннав – шаг навивки; Rнав - радиус навивки
Основное достоинство этой конструкции заключается в том, что:
она обеспечивает полную компенсацию температурных расширений;
при омывании внешним потоком обеспечивает почти поперечное обтекание при малом шаге навивки или наклонное обтекание при большом шаге. Наиболее наглядным примером использования такой трубчатки является теплообменник охлаждения проб. Он имеет в своей конструкции однозаходный цилиндрический змеевик общей длиной около 800 мм с Rнав 40 мм; трубки d 10мм, который размещен в корпусе Д 100 мм.
Предлагалось использовать витые змеевики и в конструкции вертикального парогенератора к реактору типа ВВЭР [15]. Трубный пучок в этой конструкции представлял собой многозаходные змеевики расположенные соостно в несколько слоев, обеспечивая коридорное омывание. Так, например, в конструкции ПГ для ВВЭР-1000 при общем количестве трубок около 17000 шт. в трубном пучке может быть до 60 слоев витых многозаходных змеевиков, в каждом из которых собирается до 250-300 труб.
Чтобы обеспечить одинаковую длину труб пучка по слоям и тем самым избежать гидравлическую неравномерность, предлагается изменять шаг навивки (угол обтекания) по слоям. Таким образом, внутренние слои имеют наименьший, а наружные наибольший шаг навивки. Однако витые змеевики при указанных достоинствах имеют и ряд недостатков в основном технологического порядка:
занимают большие габариты при хранении и транспортировке;
низкую унификацию трубок, сложность маркировки;
сложность сборки пучка.
5.4. Спираль Архимеда
Оригинальная конструкция теплообменной поверхности, предложенная в конце 70-х гг. в НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова (г. Ленинград), в чем-то похожа на витые змеевики. Однако в отличии от них в горизонтальной плоскости представляет расходящуюся от центра к периферии спираль (трубку), как это показано на рис. 5.5. Может быть плоской, или в виде конуса.
Рис. 5.5. Схема элемента теплообменной поверхности в виде спирали Архимеда
Такая теплообменная поверхность предложена в конструкцию опытного образца СПП для Ленинградской АЭС. Форма трубного пучка позволяет навивать в одной спирали до 60 м трубки, а ее коническая форма создает естественный уклон для стока конденсата греющего пара сверху – вниз. Следует отметить, что в условиях теплообмена греющий пар – перегреваемый пар в СПП имеют место относительно низкие коэффициенты теплопередачи. Кроме того, существует проблема эффективного отвода конденсата. Ни в одной существующей до настоящего времени конструкции СПП эти проблемы полностью не решены. Конструкция в виде спирали Архимеда, по мнению авторов, позволяет это сделать. Однако сейчас она незаслуженно забыта.