2.2. Конструкції теплообмінних апаратів гту

Практично всі теплообмінники у складі ГТУ поверхневі. Теплообмінну поверхню компонується з трубок або профільних листів (пластинчасті регенератори).Багаторічна (з 40-х років XX століття) конкуренція трубчастих і пластинчастих регенераторів привела в останній час до тенденції поступового витіснення останніх як менш надійних в експлуатації. Трубки в більшості випадків круглі, гладкі, вони дешеві у власному виробництві і спрощують виготовлення регенераторів. Однак відомі зразки конструкцій регенераторів на основі профільованих трубок з накаткою і трубок у вигляді змійовиків.Більшість теплообмінників по конструктивно-технологічним типом - кожухотрубні, так що принципи конструювання, розрахунку та виготовлення їх добре відпрацьовані і надійні.Оребрення трубок як метод збільшення теплопрізводітельності апарата застосовується у випадках різкого розходження в коефіцієнтах тепловіддачі теплоносіїв: масла і атмосферного повітря в повітряних масло-охолоджувачах, води і стислого повітря в циклових повітроохолоджувачах, стисненого повітря та атмосферного повітря в кондиціонерах охолоджуючого повітря. У цих парах оребрення застосовується з боку другого теплоносія. Як правило, пучки оребрених трубок - основа конструкції апаратів повітряного охолодження.Металоємність, вартість і трудомісткість виготовлення теплообмінників з оребрення трубками вище, ніж гладкотрубним.

2.2.1. Регенератори

Історично першою ГТУ, містила трубчастий регенератор, являється турбоустановки, запатентована в 1872 р. інженером Штольце .Ця ГТУ не була працездатна внаслідок низького ККД циклово го компресора. Ефективні ГТУ, побудовані за такою (регенеративною) схемою, з'явилися набагато пізніше. Спочатку з'явилися регенератори кожухотрубного типу, потім пластинчасті.

Технічні характеристики раннього періоду наведені в табл.1.1-1.3,більш сучасних-в табл.1.4.

Вже в у безлічі перших зразків трубчастих регенераторів примінялись конструктивні прийоми (часто протилежні), дозволяючі вирішити ті чи інші характерні проблеми конструкції апаратів і компонування їх з ГТУ. Проблема вибору просторової орієнтації регенератора - вертикальної, або горизонтальної (рис. 1.3), вирішується з урахуванням оптимальної компоновки газоходу і повітроходів холодного і гарячого повітря з одночасною ув'язкою регенератора з елементами вихлопного газового тракту - перехідними патрубками і вихлопною трубою, з конструктивними елементами - опорної рами, системою підвіски і спирання трубопроводів, а також з додатковим обладнанням, наприклад водяними утилізаторами теплоти.

Табл.1.1. Основні технічні характеристики трубчастих регенераторів ГТУ

Характеристика	Завод -виробник
	General Elektrik	Allen	НЗЛ			ЛМЗГТ-25-700		ЛМЗГТ-12-3
Потужність ГТУ,кВТ	5000	1000	1500			25000		12000
Витрати повітря,к/с	32,6	16,75	28,2			194.0		69,5
Степінь регенерації	0,75	0,7	0,72			0,8		0,8
Тиск повітря,кгс/см2	10,5	4,5	3.58			9,7		12,3
Тиск газу,кгс/см2	1,0	1,0	1,05			1,04		1,0
Температура повітря на вході,	__	__	164			178		136
Середня температура тура повітря,	270	__	254,5			235		239
Температура газу на вході,	__	__	407			320		425
Середня температура газу,	337,5	__	318,5			263,5		300
Діаметр трубок,мм	24.4/20,9	7,9/6,9	25/22			15\13		18\15
Кількість трубок	5000	16480	6032			----		16500
Кроки розбивки трубок(трик.),мм	31,75	11*13	35*30			___		___
Довжина трубок,мм	6100	1350	2800			----		-----
Поверхня нагріву,м2	2430	552	1313			13600		6875
Об’єм сердечника,м3	21,7	4,5	23			144		90
Об’єм регенератора,м3	---	---	65.8			----		----
Використання об’єму	---	---	0,35			---		----
Коеф. Теплопередачі,ккал(м2* Ч* )	38,7	----	53			59,5		47.5
Коеф. компактності,м2 /м3	110	123	57			94		76
Віднош. опору до повітряної сторони ,%	1,33	----	4.00			2.88		3.0
Віднош. опору до газової сторони ,%	3,9	6,5….7,0	2.46			0,748		0,81
Повний опір,%	5,23	---	6.46			3,63		3,81
Вага сердечника,т	----	---	15,15			102		----
Загальна вага регенератора,т	----	---	29,55			198		153
Використання ваги	----	----	0,513			0,52		----

Табл. 1.2.Основні технічні характеристики пластинчастих регенераторів ГТУ

	Завод-виробник
Характеристика	НЗЛ			,,Економайзер”
	ГТ-5	ГТ-700-5	ГТУ-3		ГТУ-6	ГТУ-15
Потужність ГТУ,кВт	6000	5000	300		600	1500
Витрати повітря,кг/с	55	45	5.3		9,2	15,6
Степінь регенерації	0,8	0.75	0,5		0,65	0,75
Тиск повітря,кгс/см2	2,45	3,85	2,3		3,9	3,7
Тиск газу, кгс/см2	1,12	1,03	1,03		1,09	1,06
Температура повітря на вході,	----	175	116		190	182
Середня температура повітря,	157,5	285	260,5		305	306
Температура газу на вході,	350	468	544		545	513
Середня температура газу,	222.5	362,5	449,5		431,5	389
Ширина листів,мм	1,0	1,0	0,5		0,5	1,0
Розмір листів,мм	----	1450*810	532*287		700*630	1450*810
Еквівалентні діаметри d1|d2,мм	9/12	8/12,6	7.4/10		7.4/10	7,8/12
Поверхня нагріву,м2	3400	1410	49		152	580
Об’єм сердечника,м3	----	8,9	0,25		0,6	3,53
Об’єм регенератора, м3	----	----	0,28		----	12,4
Використання об’єму	----	----	0,89		----	0,285
Коефіцієнт теплопередачі ккал/(м2*ч* )	50,3	112,5	114		147	101,5
Коефіцієнт компактності, м2/ м3	----	158	195		253	164
Відносний опір з повітряної сторони,%	3,27	2,64	2,87		5,5	4,05
Відносний опір з газової сторони,%	3,38	4.54	3,5		5,55	3,43
Загальний опір,%	6,65	7,18	6.37		11,05	7.48
Вага сердечника,т	----	11.0	0,2		0,55	4,5
Загальна вага регенератора,т	66,81	----	0,3		2,4	12,27
Використання ваги	----	----	0,66		0,23	0,367

Табл.1.3 Основні характеристики деяких повітропідігрівачів вітчизняних і зарубіжних ГТУ

* Відповідає перехресній схемі течії; інші апарати протитечійні

		Тип ГТУ
		ГТ-700-5 НЗЛ	ГТК-10 НЗЛ		ГТУ-6		ГТУ-10 ЛКЗ
Характеристика
Витрати повітря		45	86		----		34
Температура газів,		462	502		----		375
Температура повітря на вході,		175	197		----		200
Тиск газів,кгс/см2		1.05	1.05		----		1,117
Тиск повітря,кгс/см2		3,9	4,43		----		9,2
Потужність установки,МВт		4,25	10		----		4,78
Тип поверхні теплообміну		Пластинчата профільна					Труби оребрені
Число ходів		----	----		2		3
Поверхня теплообміну,м2		1620	3240		177		1520
Степінь регенерації		0,7	0,7		0,65		0.77
Опір зі сторони газу,%		3,27	3.4		5,55		4,36
Сумарні втрати тиску,%		5	5		11,05		5,75
Об’єм апарату,м3		8.75	17,5		0,722		10
Маса поверхні теплообміну,т		11,5	23		----		7,05
Маса теплообмінника,т		19,2	38.7		2,4		19,6
Питома витрата металу,кг/кВт		4.53	3.67		4		4,08
Питома маса,кг/м2	11,85			11.94		13.55		12,89

Табл.1.4. Характеристика повітропідігрівачів

Характеристика	Завод-виробник
	ЛМЗ	General Electric	British Thompson Houston
Потужність ГТУ,кВт	12	5	25
Степінь регенерації,%	82	80	65
Тип поверхні нагріву	Трубчата
Діаметр трубок(товщина пластини b)мм	18/15	31.8/28.6	27/23.5
Поверхня нагріву,м2	5500	4270	1720
Вага апарату,т	125,0	125.0	70,0
Займаний об’єм,3	143.0	67,0	----
Питома поверхня нагріву,м2/МВт	460	850	690
Вага віднесена до потужності,кг/МВт	10 400	25 000	28 000
Об’єм віднесений до потужності,м3/МВт	11,9	13,4	----
Коефіцієнт компактності,м2/м3	38,5	64,0	----
Температура газу вхід/вихід,	412/188	471/296	400/275
Температура повітря вхід/вихід,	139/363	247/427	205/330
Швидкість газу/повітря,м/с	14/7,9	----	----
Опір з газового боку,мм води ст.	300	----	----
Опір з повітряної сторони,мм води ст.	1000	----	----
Коефіцієнт теплопередачі,ккал/(м2*ч* )	55	----	----

Рис. 1.1 Регенератор газотурбінної установки ГТН-9 ЛЗМ

У деяких випадках доцільно направити повітря з високим тиском у трубки для розвантаження корпусу або, навпаки, направити гази в трубки для полегшення їхнього чищення (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема регенератора ГТУ фирмы «Зульцер»

Для компенсації взаємних термічних переміщень корпусу і трубного пучка на корпусі апарату розміщують торообразні компенсатори, або застосовують сальниковий компенсатор для тієї ж мети, або трубний пучок виконується з U-образних грубий, що дозволяє зняти проблему термічних переміщень.

З метою підвищення теплової ефективності для наближення до загального протитоку регенератор може проектуватися з багаторазовим перехресним струмом, який організовується за допомогою внутрішніх перегородок .Можна також виконати регенератор повністю протиточним без внутрішніх перегородок з поздовжнім (щодо труб) плином теплоносіїв .

Для спрощення монтажу регенератори іноді виконують у вигляді єдиного великого блоку. Часто виявляється доцільним розчленувати регенератор на секції для полегшення його виготовлення і транспортування (рис. 1.1)

Рис. 1.3.Чотирьохсекційний регенератор ГТУ фірми BritishThompsonHouston.

1 — вхід газу, 2 — вихід газу, 3 — вхід повітря, 4 — вихід повітря

Рис. 1.4.Чотирьохсекційний регене­ратор ГТУ фірми «Ьроун-Бовери»

Підвищення теплової потужності в трубчастих регенераторах можна добитися, застосовуючи різні види оребрення. На рис. 1.5 представлений регенератор з поздовжнім оребренням трубок з газової сторони.

Рис. 1.5. Регенератор з повздовжньо-оребреними трубками.

1 — трубна дошка, 2 — кришка, 3 — анкерні болти, 4 — міні-пучок трубок, 5 — оребрена трубка, 6 — стяжний хомут.

У деяких конструкціях регенераторів трубки зібрані в міні-пучки із загальним підведенням теплоносія, що дозволяє зменшити розміри трубної дошки (мал. 1.5).Конструкція регенераторів може передбачати традиційний для кожухотрубних теплообмінників бічне підведення і відведення теплоносія з використанням сегментних внутрішніх перегородок, , або, навпаки, осьового підведення і відведення теплоносіїв для додання симетричності силовим і термічним навантаженням (див. рис. 1.1). Іноді одну з трубних дощок регенератора виконують не плоскою, а конічною для збільшення міцності, що дозволяє зменшити також її товщину і масу (див. рис. 1.2, 1.3).

Трубчасті регенератори при відносній конструктивно-технологічній простоті мають два істотних недоліки: у них занадто велика маса (до 198 т) і габарити (довжина трубок до 7 м), тому в тих випадках, коли ці параметри були критичними, стали застосовувати регенератори іншого типу - пластинчасті.

Спочатку застосовувалися пластинчасті регенератори двох типів:

• з плоских листів з прикріпленими до них профільованими пластинами (рис. 1.6);

• з штампованих профільних листів з видавленими на них канавками;

В обох випадках, коли листи збираються в пакети, між ними утворювались дві системи каналів, по одній з яких рухається повітря, а по інший - гази. У першому варіанті відстань між листами і розміри каналів забезпечуються розпіркою у вигляді плоскої дротяної пружни, а в другому - за рахунок опирання один на одного виштамповок сусідніх листів.

Рис. 1.6. Пластинчастий регенератор із плоских листів з приварним оребреням фірми AirPreheater.

а — зовнішній вид регенератора, б — елементи пластинчатої поверхні теплообміну

Надалі практично всі пластинчасті регенератори компонувалися з профільних листів. Це пов'язано з їх більшою простотою, а такожз тим, що на них без особливих проблем можна сформувати канали таким чином, щоб забезпечити противоточний рух повітря і газів в пакеті, а також тією обставиною, що на поверхні теплообміну можуть бути виконані додаткові інтенсифікатори у вигляді ділянок з дрібним гофруванням без додаткового ускладнення технології виготовлення профільних листів. Регенератори таких конструкцій мають меншу масу і габарити в порівнянні з трубчастими. Для пластинчастих регенераторів характерний ряд недоліків. Достатньо складна технологія виготовлення: необхідно формувати великі металеві листи з великою кількістю профільних канавок і гофрів, а потім при збірці пакунків забезпечувати високу якість (герметичність) великого числа зварних швів. Такі вимоги можна реалізувати тільки при використанні високопластичного і не схильного до тріщин при зварюванні матеріалу (у вітчизняній практиці це досить дорога нержавіюча сталь - 1Х18Н9Т). Профільні листи піддаються впливу перепаду тиску між стисненим повітрям і газами, а також термічних напруг (особливо при теплозмінах), що веде до їх викривлення і утворення тріщин, тобто втрати герметичності повітряного тракту регенератора. Прості і надійні методи ремонту пластинчатих регенераторів так і не були вироблені, при цьому відключення несправних елементів, як це робиться в трубчастих теплообмінниках - за допомогою відглушення пошкоджених труб, неможливе. Якісна чистка каналів між пластинами також практично неможлива.Тим не менше на основі профільних листів був сконструйований ряд пластинчастих регенераторів. Приклади їх конструкцій показані на рис. 1.7, 1.8. Регенератор турбіни ГТК-700-4 (див. рис. 1.7), розроблений H3JI, складається з шести секцій, виконаних за традиційною схемою одноходовими по газам і чотирьохходовими - по повітрю, з повітряними поворотними камерами і корпусом, навантаженим тиском повітря, причому стінки корпусу з'єднані болтами і стяжками. Особливість конструкції цього апарату полягає лише в характері теплообмінної поверхні: вона зібрана з профільних штампованих листів, з'єднаних попарно зваркою. Секція спирається на ролики для компенсації теплових розширень повітроводів. Конструкція не виглядає досконалою - переваги пластінчатоі ​​теплообмінної поверхні використовуються слабо.

Рис. 1.7. Пластинчатий регенератор турбіни ГТ-700-4, розроблений НЗЛ.а — газовий канал теплообмінної матриці, б— повітряний канал теплообмінної матриці, 1 —- вхідний патрубок по повітрю, 2 — пластинчаста теплообмінна матриця, 3 — корпус, 4 — стяж­ка, 5—вихідний патрубок по повітрю, б—пере­городка між ходами по повітрю, 7 — розділюючий лист, 8 — вісь опірних роликів, 9 — опірний ролик.

Більший інтерес представляє пластинчастий регенератор турбіни ГТК-5, розроблений НЗЛ (рис. 6.18). Він виконаний горизонтальним і складається з трьох теплообмінних пластинчастих матриць, в яких організований протиточний рух теплоносіїв: газів - знизу вгору, повітря - зверху вниз. Поворот повітря від горизонтального напрямку в подаючому коробі на вертикальне в матриці відбувається в каналах спеціальних сегментів, сформованих на профільних аркушах. Аналогично організований і вихід з матриць. Повітропадаючий і повітрозбірний короби спрофільовані за принципом рівної витрати в поперечних перерізах, що покращує конструктивні і гідравлічні показники всієї конструкції. На зовнішній поверхні корпусних деталей виконані посилюючі ребра. Цей регенератор з'явився попередником регенератора турбіни ГТК-10-4.

Рис. 1.8. Пластинчастий регенера­тор турбіни ГТК-5розроблений НЗЛ

Сучасне становище із застосуванням регенераторів в ГТУ (по вітчизняній практиці) характеризують такі дані: з 16 ГТУ, слугуючих приводом для нагнітачів природного газу на магістральних газопроводах, і трьох енергетичних - регенеративними є тільки п'ять ГТУ, що входять до складу газоперекачувальних агрегатів виробництва НЗЛ, з них лише ГТК-10-4 можна вважати відносно сучасної (випуск 1973 р.), хоча і вельми поширеною (в експлуатації перебувають більше 700 агрегатів). Ця ГТУ також оснащена регенератором пластинчатого типу.

Регенератор турбіни ГТК-10-4 складається з двох секцій (лівої і правої - по ходу газів), симетрично розміщених відносно ГТУ і включених в схему ГТУ паралельно по газах і повітрю. Загальний вигляд однієї з них (лівої) представлений на рис. 1.9 [8].

Технічні характеристики секції регенератора турбіни ГТК—10-4:

Витрата повітря, кг / с — 42,95

Витрата газів, кг / с—43,1

Температура повітря на вході, ° С —197

Температура повітря на виході, ° С — 417

Температура газів на вході, ° С — 499

Температура газів на виході, ° С – 280

Тиск повітря, кгс/см2—4,6

Тиск газів, кгс/ — 1,05

Гідравлічні втрати по повітрю,% —2,17

Гідравлічні втрати по газам,% — 3,81

Сумарні гідравлічні втрати, % —5,98

Ступінь регенерації—0,73

Теплопродуктивність, кВт —10062

Коефіцієнт теплопередачі, Вт / ( ° С) —120,6

Температурний напір, ° С — 81,5

Поверхня теплообміну, —1024

Розміри підводячого патрубка по газам, мм—1796x4720

Розміри відвідного патрубка по газам, мм —1772x4720

Діаметр патрубків по повітрю, мм — 800

Маса, кг—16045

Питома маса, кг / м2 — 15,7

Висота, мм—6678

Ширина (поперек ходу газів), мм— 3080

Довжина (по ходу газів), мм – 1932

Висотна відмітка осі патрубків по газам, мм – 3405

Висотна відмітка осі патрубка підведення повітря, мм – 6260

Відстань між патрубками по повітрю, мм – 5722

Висотна відмітка майданчиків опорних лап, мм – 2450

Рис. 1.9. Пластинчастий регенератор ГТК-10-4 НЗЛ.

а — загальний вид, б — хід повітря в регенераторі, в — профільні листи теп­лообмінної матриці; 1,2 — фланці патрубків підводу і відводу повітря, 3, 4 — патрубки підводу і відводу гріючих газів, 5 — повітроросподілююча камера, 6 — повітроподаючий короб, 7 — повітрозбірна камера, 8 — направляючі пластини (лопатки), 9—ребра жорсткості, 10—опірні лапи; на фрагменте б: А-А — перехід повітря із матриці в повітрозбірні камери, Б-Б — розподіл повітря по матрицям; на фрагменті в:С-С — переріз вхідного і вихідного сегментів матриці, В-В — переріз по протиточним каналам газу і повітря.

Основа конструкції - два блоки по три теплообмінних матриці, складених з профільних листів (мал. 1.9, в) і утворюють з корпусом зварену нерозбірну конструкцію. Блоки матриць розділені повітророзподільчою камерою.Гази від турбіни підводяться до регенераторів по круглому газоходу діаметром 700 мм, закінчується перед регенератором патрубком з переходом на прямокутний вхідний патрубок регенератора. Далі поток газів роздвоюється для входу в блоки теплообмінних матриць. На виході регенератора по газам встановлюється блок водяних утілізаторів, потім по перехідному патрубку гази відводяться у вихлопну трубу.Повітря від компресора підводиться по круглому воздуховоду в верхній патрубок діаметром 800 мм, а далі по профільованому коробі у вертикальну повітророзподільну камеру. Усередині камери є система направляючих пластин (лопаток) (див. рис. 1.9, б), утворюючих розподільні канали для підведення повітря у вхідні сегменти теплообмінних матриць. Направляючі пластини забезпечують безвихровий рух повітря і виключають утворення застійних зон, що зменшує гідравлічні втрати. Нагріте повітря з вихідних сегментів блоків матриць надходить через дві вертикальні повітрозбірні камери (праву і ліву) до круглого вихідного (нижнього) патрубка діаметром 800 мм, причому від лівої камери до патрубка йде спеціальний профілірований короб.Виштамповки на сусідніх профільних аркушах утворюють дві системи паралельних каналів вздовж більшої сторони листів для проходу газів і повітря. Одночасно виштамповки турбулізують потоки, що підвищує теплопередачу. Гази в матриці підводяться з меншої сторони листів і проходять через матриці без повороту. Повітря входить і виходить через підвідний і відвідний сегменти, утворені на кінцях листів за рахунок спеціальної форми каналів, У цих сегментах повітря повертає з поперечного напрямку руху на поздовжнє - на вході і в зворотньому напрямку - на виході. Підвідні сегменти розміщені в матрицях з боку виходу газів, що створює практично повний протиток теплоносіїв, що підвищує температурний напір в регенераторі.У конструкції секції є дві симетричні системи опорних лап, що дозволяє отримати праву секцію з лівої шляхом конструктивного «повороту» навколо горизонтальної осі. При цьому необхідна перекомпоновка внутрішніх направляючих пластин для збереження положення підвідного та відводу патрубків повітря, протитоку газів і повітря всередині регенератора і т.д. Таке конструкторське рішення забезпечує практично повну уніфікацію деталей правої і лівої секцій регенератора. На корпусі регенератора, виконаному з листів, є система ребер, що підвищують його жорсткість. Люки-лази для доступу до теплообмінним матрицям виконані на перехідних патрубках газоходу. Корпус регенератора покривається теплоізоляцією, покритої для захисту від атмосферних впливів листової обшивкою.Матеріал основного елемента теплообмінних матриць - профільних листів - нержавіюча сталь 1Х18Н9Т, товщина листів - 1 мм. З такого ж матеріалу виготовлений і ряд інших деталей регенератора.Пластинчасті регенератори піддавалися обширним розрахунковим, експерементальним, проектно-конструкторським і технологічним дпрацюваннями. Зокрема, маса описаного вище регенератора після дороблення була знижена з 19 645 кг до 16045 кг. Проте згадані раніше недоліки пластинчастих регенераторів подолані не були. Крім того, слід зазначити, що пластинчасті регенератори застосовувалися і застосовуються в ГТУ з невисоким ступенем підвищення тиску (тобто з відносно невеликим перепадом тиску між стисненим повітрям і газами), тоді як у перспективних ГТУ з ростом температури газів степінь підвищення тиску буде рости (за умовами оптимальності показників циклу) [8], і не виключено, що проблема міцності від дій перепаду тиску для пакетів з пластин стане важко вирішуваною, тим самим можливість застосування пластинчастих регенераторів буде обмежена.

Схема течії теплоносіїв в апараті - однократний хід по газам і багаторазовий перехресний хід по повітрю (при загальному протитоці), що при числі ходів більше чотирьох дозволяє отримати гранично високий температурний напір для заданої вхідної різниці температур теплоносіїв. Вихлопні гази рухаються в трубках, а це при великій об'ємній витраті газів вимагає великої площі прохідного перерізу, тобто великого числа трубок і великої площі трубної дошки, а отже, великого діаметру корпусу. Прямий (без поворотів) хід газів по трубках знижує гідравлічні втрати газового тракту.Поверхня теплообміну утворена теплообмінними трубками достатньо великого діаметру (25 мм), які при високій жорсткості і вібростійкості вимагають збільшення площі трубної дошки. Використання прямих гладких трубок полегшує їх очищення від можливих залежнів сажі та окалини на внутрішній (газової) стороні, очищення же повітрної сторони скрутна.Використання прямих трубок дозволяє без особливих конструктивних складнощів ввести інтенсифікаторами тепловіддачі, наприклад, у вигляді гвинтових або кільцевих канавок на поверхні трубок, хоча це може утворити ряд проблем - перетік повітря по зазорах в отворах трубних перегородок, зниження вібраційної надійності трубного пучка, затруднення його очищення.Повітря рухається в міжтрубному просторі апарата, тобто його високий тиск впливає на корпус, що вимагає збільшення товщини стінки корпусу. Для організації ходів по повітрю застосована система внутрішніх перегородок типу «диск-кільце», що в поєднанні з осьовим підводом обох теплоносіїв забезпечує сприятливу симетричність температурних полів у трубному пучку і на корпусі, а також симметричність силових навантажень; відзначимо, що при такій системі перегородок і такому характері підведення повітря число перегородок може бути тільки парних, що не завжди оптимально в відношенні вибору швидкості повітря в міжтрубному просторі. Наявність в перегородці-кільці отвори для проходу повітря додатково збільшує площу трубних дощок і зовнішній діаметр регенератора. Великий діаметр трубних дощок може створити проблему отримання великих цілісних заготовок для їх виготовлення, так як не прийнято виконувати трубні дошки складовими з фрагментів через можливе попадання сверлений під теплообмінні трубки на зварні шви.

Для забезпечення міцності трубних дощок великого діаметру, які знаходяться під дією різниці тисків між повітрям і газами і послаблення центральним отвором, необхідно вдатися до збільшенню їх товщини або іншим конструктивним способам розвантаження. Для підвищення міцності і герметичності з'єднання кінців теплообмінних трубок з трубними дошками застосована (мабуть, на додаток до вальцюванні) їх обварки на зовнішніх сторонах трубних дощок, що вимагає використання спеціальної зварювальної технології та її автоматизації для підвищення стабільності якості зварних швів при великому числі трубок. Розбивка отворів в трубних дошках під теплообмінні трубки - по рівносторонньому трикутникові, що забезпечує розміщення найбільшого числа трубок на трубній дошці і може компенсувати збільшення міжцентровою кроків при застосуванні обварки кінців трубок.З'єднання повітроводів з центральними отворами трубних дощок проводиться через газопідвідну і газовідвідну камери, що створює проблему виконання аеродинамічно скоєних крутих поворотів (колін) великих повітроводів в дуже обмеженому просторі (на схемі видно, що в колінах встановлені направляючі лопатки). Розміщення поворотів повітроводів в газопідвідній і газовідвідній камерах збільшує гідравлічні втрати по газовій стороні за рахунок зовнішнього обтікання повітроводів потоком газу, і, крім того, газопідвідній камері виникає «затінення» частини трубної дошки аеродинамічним слідом повітровода.Застосування конічних переходів від повітроводів до центральних отворів трубних дощок зробило більш плавним зміна прохідних перерізів в цій частині повітряного тракту регенератора і зменшило місцеву гідравлічну втрату.Компенсація різниці термічних розширень корпусу і трубного пучка здійснюється за допомогою багатолінзового компенсатора, втопленого всередину корпусу, що дозволяє зберегти зовнішній габарит регенератора, причому компенсатор розміщений в «куті» внутрішньокорпусних просторі і не заважає перебігу повітря.Компонування апарата - вертикальне, що в поєднанні з можливістю розміщення вихлопної труби на верхньому фланці конічної газовідвідної камери зменшує площу проммайданчика для розміщення ГТУ. При вертикальній орієнтації і виході газів вгору використовується самотяга, як фактор, що сприяє компенсації втрат тиску в газовому тракті. У той же час вертикальна компоновка ускладнює розміщення за регенератором водяних утилізаторів, так як при розміщенні утилізатора на регенераторі збільшиться навантаження на фундамент, а при розміщенні біля нульової позначки буде потрібно громіздкий поворот газоходу зверху вниз.Підведення газу здійснюється знизу, для чого у зв'язку з зазвичай значним розміром газоходу в нижній частині регенератора є висока газопідвідна камера, додатково підіймаюча центр мас апарату, що вимагає наявності поряд з фундаментом високої опорної конструкції.Підвідні та відвідні повітроводи йдуть від регенератора в бік до ГТУ, крім того, що підводить повітровод знаходиться на значній висоті, все це призводить до подовження повітроводів, появи додаткових поворотів і тим самим до збільшення гідравлічних втрат в повітряному тракті.Опорні лапи розміщені поблизу центра мас конструкції регенератора, що підвищує її стійкість з урахуванням можливої ​​вітрового навантаження. Для зменшення силового впливу газоходу і повітроводів на регенератор між його опорними лапами і опорною конструкцією розташована система ковзанок.Люки-лази для доступу до трубних дошок розміщені на газопідвідних і газовідвідних камерах, їх наявність дозволяє оглядати трубний пучок, спресовувати кожну трубку в окремо і отглушати (при необхідності) пошкоджені трубки.На корпус регенератора наноситься теплоізоляція, яка зменшує теплові втрати в навколишнє середовище, що вирівнює температурне поле стінок,яка прискорює прогрів при пуску установки.Проведений аналіз показує, що багато застосованих конструктивних рішення надають суперечливий вплив на властивості регенератора і для отримання оптимальної по масогабаритним і надійним показниками конструкції регенератора даної схеми потрібні виконання ретельних розрахункових і експериментальних досліджень теплогідравлічних характеристик, опрацювання питань механічної і термічної міцності (в тому числі динамічної), а наведена констктивна схема є всього лише прикладом.За даними фірми GEA, один з побудованих нею регенераторів пропрацював без пошкоджень в складі енергетичної ГТУ на тепловій електростанціі протягом 20 років при напрацюванні близько 85 000 ч і 5500 пусках, вимагаючи лише поточного періодичного контролю герметичності, щобезумовно, є відмінним показником. Такого роду регенератори успішно застосовані фірмою на десятках ГТУ.Ряд зарубіжних фірм і вітчизняних підприємств створили трубчасті регенератори по близьким до розглянутої конструктивними схемами.Подільський машинобудівний завод розробив серію трубчастих регенераторів [44] для модернізації газоперекачувальних агрегатів шляхом заміни пластинчастих на трубчасті: РВП-4600, РВП-3600-02, РВП-2400, РГУ-1800, РГУ-1800-1. Їх технічні характеристики наведено в табл.1.5, а схемно-компонувальні види показані на рис. 1.10.Видно, що ці регенератори в основному подібні за конструктивним типом з регенератором GEA, Відзначимо ряд особливостей і конструктивних елементів:

• підведення газів через прямокутний патрубок — РВП-4600, через круглий — інші;

• підведення газів збоку — РВП— 4600, РВП— 3600— 02, по осі— РВП— 2400, РГУ— 1800;

• вихід газів вгору по осі — РВП— 4600, РВП— 3600— 02, горизонтально по осі — РВП— 2400, РГУ— 1800; останнім дозволяє легко додати водяні утилізатори;

• розміщення лінзового компенсатора посередині корпусу — РВП— 2400, РГУ— 1800;

Мал. 1.10. Трубчасті регенератори розробки Подільского машинобудувального заводу.

а — РВП-4600, б — РВП-3600-01, в — РВП-2400, г — РГУ-1800

• характер фундаментних опор: три опори (дві на горизонтальних катках, одна — вертикальний шарнір) — РВП— 4600; круглий фланець з петлевим горизонтальним шарніром для фіксації при підйомі під час монтажу — РВП— 3600— 02, дві сідлові опори — РВП— 2400 (з катками під однією з них), РГУ— 1800;

• перегородки— диски, закріплені на хустинках, приварених до корпусу — РВП— 2400;

• монтажні вікна в перегородках, закриті щитами — РВП— 2400;

• монтажні пристосування у вигляді римів на корпусі;

• патрубки для закачування і зливу рідини при гідровипробувань;

• люки-лази і майданчики з драбинками (на РВП— 4600) для обслуговування регенератора;

• число внутрішніх трубних перегородок — від 4 (РГУ— 1800) до 8 (РВП-— 3600— 02).Трубчастий регенератор ТВП— 3740 розробки H3JI представлений на рис. 6.22, технічні характеристики — в табл. 6.5. Апарат виконаний по схемі GEA.

Деякі його особливості, не відзначалися раніше для інших регенераторів:

• шарнірні рими-петлі для стропування при монтажних роботах;

• лінзові компенсатори на ділянках повітроводів усередині газопідвілну і газовідвідну камер;

• виходить за габарит корпусу головний лінзовий компенсатор;

• приварні кільця на трубних перегородках;

• підведення газу і відведення повітря виконані нижче опорного кільця;

• заходи, вжиті для підвищення міцності і герметичності з'єднань теплообмінних трубок з трубними дошками : канавки на вальцювальній поверхні отвору під трубку в трубній дошці, а також приварювання трубки по виступу кільцевої обнизки (канавки ), виконаної навколо отвору під трубу, перше підвищує зчеплення поверхні трубки з поверхнею отвори, а друге погоджує зварювальні властивості тонкостінної трубки і товстої трубної дошки.

Трубчастий регенератор розробки фірми Nuovo, технічні характеристики - в табл. 1.5. Регенератор призначений для модернізації імпортних газоперекачувальних агрегатів ГТК— 25І шляхом переведення їх з простого циклу на регенеративний. З конструктивних особливостей можна відзначити: використання тонкостінних труб (товщина 0,8 мм), що дає значне зниження маси; в той же час кілька рядів труб в глибині пучка навколо отвору в перегородці-кільці виконані товстостінними (2 мм) для підвищення жорсткості і віброміцність; трубний пучок розбитий по рівносторонньому трикутнику; внутрішні ходи по повітрю (8 ходів) організовані системою перегородок «диск-кільце»; ряд проміжних перегородок закріплені на штангах, що спираються на нижню трубну дошку, деякі з цих штанг проходять крізь весь апарат до упору в стінку газовідвідного камери,

Мал. 1.11. Трубчастий реге­нератор ВПТ-3740 разро­бки НЗЛ.

1 — газовідвідна каме­ра, 2 — газопідвідна камера, 3 — патрубок вхо­ду повітря, 4 — патрубок відводу повітря, 5—диско­ва перегородка, 6 — при­варне кільце, 7 — кільцева перегородка, 8 — компенсатор, 9—опорне кільце, 10—петля-рим

Табл.1.5. Технічна характеристика сучасних трубчастих регенераторів

Примітка:значення,помічені зірочкою,отримані оцінкою.1-вертикальна орієнтація,2-горизонтальна орієнтація.

Характеристика	Завод-виробник
	Подільський авто-будівельний					НЗЛ
--------	РВП-46001	РВП-3600-021	РВП-24002	РГУ-18002	РГУ-1800-11		ВПТ-37401
Типорозмір труб:діаметр*ширина стінки,мм	25*1	25*1	25*1	25*1	25*1		25*1
Інтенсивність теплообміну	-----	-----	-----	-----	накатка		-----
Матеріал труб	15ХМ	15ХМ	15ХМ	15ХМ	15ХМ		-----
Число труб	8244	6690	4224	5508	5508		5600*
Довжина труб,мм	7400	7000	7000	3500	3500		9000
Крок труб,мм	32	30	31	33	33		32
Діаметр корпуса,мм	3532	3216	2616	3216	3216		3000
Кількість кроків по повітрі	6	8	6	4	4		6
Поверхня теплообміну, м2	4600	3604	2230	1447	1447		3740
Степінь регенерації	0.85	0.81	0.80	0.70	0.74		0.836
Опір по повітрю,%	-----	2.10	------	2.36	2.58		1.96
Опір по газу,%	-----	2.53	-----	1.81	2.92		3.60
Загальний опір,%	4.0	4.63	4.0	4.17	5.50		5.56
Маса теплообмінних труб,т	36.1	27.7	17.5	11.2	11.2		29.3*
Маса регенератора,т	65	53	34	24	24		46.3
Питома маса,кг/ м2	14.1	14.7	13.0	16.6	16.6		12.4

наявність таких штанг полегшує зборку каркаса регенератора при його виготовленні; нижня трубна дошка виконана товстіше верхньої приблизно в півтора рази, так як вона омивається вхідними газами і тому має більш високу температуру; регенератор покритий товстим шаром теплоізоляції.Зовнішній вигляд встановленого на газокомпресорної станції трубчастого регенератора, що входить до складу ГТУ газоперекачувального агрегату THM1304R розробки фірми MAN GHH. Видно, що у відповідності зі схемою GEA прямокутний газохід підводить гази в циліндричну газопідвідну камеру, нагріте повітря відводиться круглим воздуховодом; на верхньому обрізі газовідвідногї камери встановлена вихлопна труба із стулками для захисту від потрапляння всередину осаду при непрацюючому агрегаті (на середньому агрегаті вони відкриті); зовнішню поверхню регенератора поверх теплоізоляції покрита цільною обшивкою; маються сходи і майданчики для проведення регламентну обслуговування регенератора.Відзначимо, що, незважаючи на значну абсолютну масу сучасних трубчастих регенературів, по питомій масі (на одиницю площі поверхні теплообмену) вони співвідносяться з пластинчатими регенераторами або навіть ефективніше їх (див. табл.1.5 ). Це результат зростання рівня розрахунково-конструкторських пророблень, опираючихся на нові технології проектування. Таким чином, з урахуванням того, що трубчасті регенератори мають меншу конструктивно-технологічну складність і більшу надійність, вони перспективні для використання в нових ГТУ.

Поряд з великою кількістю варіантів регенераторів, виконаних за схемою GEA, є приклади розробок за іншими схемами. У них реалізуются спроби застосувати конструкції з більш простою технологією з впготовлення або використовувати науково-технічний заділ інших галузей промисловості, в яких розроблялися аналогічні апарати, — хімічного машинобудування і атомного енергомашинобудування.

Трубчасті регенератори з прямих трубок, складені з відносно малих модулів (масою до 10 т), розроблені підприємством «Орма». У різних варіантах вони мають масу від 22 до 38 т зі ступенем регенерації від 0,7 до 0,75. У них модулі мають коробчатую форму, просту у виготовленні. Такі конструкції відомі з самих ранніх стадій розвитку регенераторів (див., наприклад, мал 6.3). Вони чутливі до перепадів тиску і температурних градієнтів і не надто надійні в тривалій експлуатації. У пропонованому регенераторі площа по фронту подачі гріючих газів вельми велика, що може створити труднощі із забезпеченням безвідривної течії газів у дифузорному перехідному патрубку від газоходу ГТУ до приймального патрубка регенератора. Випробування головного зразка такого регенератора виявили його хороші теплогідравлічні показники: ступінь регенерації - 0,76, сумарні гідравлічні втрати - 4,8%. Дані по надійності зважаючи на короткий терміну експлуатації відсутні.Регенератор РГ-10 оригінальної конструкції розроблений підприємством «Анод». Він збирається з теплообмінних модулів, складених з спиіральних трубчастих змійовиків, виготовлених з високою точністю за спеціальною технологією, яка забезпечує стабільність форми витків змієвиків, так що вони можуть вкла датися один в одного, організувавши впорядкований міжтрубний простір. Інтенсивна турбулізація потоку всередині трубчастих спіралей і в міжзмієвиковому просторі забезпечує високу тепловіддачу з боку газів і повітря.Повітря проходить всередині змееевікових трубок, гази —в межзмієвиковому просторі. У конструкції регенератора забезпечений принцип загального протитоку взаємного руху теплоносіїв.  Істотною перевагою розглянутого регенератора є відсутність проблеми термічних переміщень вільно розширяючихся змійовикових трубок. У той же час корпус не навантажений великим тиском. Обидві ці обставини повинні забезпечити високу експлуатаційну надійність пропонованої конструкції. Чинником, що знижує надійність, є наявність великого числа зварних з'єднань. В такому регенераторі утруднена чистка обох сторін теплообмінної поверхні. Неможливо також виявляти, ремонтувати і отглушати пошкодження змієвикової трубки, що знаходяться всередині теплообмінного модуля. Те ж відноситься і до самих модулів.